物理教室年次研究報告書
2005 年度

大阪市立大学大学院理学研究科・理学部
物理学教室

目次
序………………………………………………………………………………………1
2005 年度

物理学教室談話会……………………………………………………..2

研究報告
物性物理学講座
超低温物理学研究室………………………………………………………………3
光物性物理学研究室………………………………………………………………8
生体・構造物性研究室…………………………………………………………..14
素励起物理学研究室……………………………………………………………..23

宇宙・高エネルギー物理学講座
宇宙線物理学研究室……………………………………………………………..27
高エネルギー物理学研究室……………………………………………………..33
重力波実験物理学研究室………………………………………………………..38
宇宙・素粒子実験物理学研究室………………………………………………..43

基礎物理学講座
素粒子論研究室…………………………………………………………………..47
数理物理研究室…………………………………………………………………..49
宇宙物理研究室…………………………………………………………………..53
原子核理論研究室………………………………………………………………..63

序大阪市立大学は２００６年４月をもってついに法人化され、本報告書は法人化前の最後のものとなりました。浅からぬ歴史において理学部物理学教室が輩出した諸兄とその研究成果を思い起
こすと、感慨深いと同時に、私たちがこれからどれほどのことを物理学や社会になし得るのか常に心せねばならないと思われます。
先行して法人化されている国立大学において噴出している諸問題に、私たちもこれから立ち向
かわねばなりません。また公立大学法人ゆえの別な問題 −たとえば法制上の国立大学法人との微妙な違いや、自治体が抱える問題の波及といったものなど− にもさらされます。既に大幅な予算源による人事や教育研究活動上の変化が起きています。一方で法人化により得られる利点もあるはずです。ただし私たち自身が積極的に探し出して活用しなければ、法人化を有意義にすることはできません。私たち物理学教室もこれから戦略的な対応を迫られてゆくでしょう。
また近年、物理学のような基礎科学でさえ、「何の役に立つのか」「社会貢献」といったことが直截的な形で求められる風潮があります。今日の大学人である私たちは、こうした要求をいっさい無視することは不可能であり、法人化後は少なくない対応を迫られるでしょう。しかし私たちは、物理学は自然科学の礎であり、人類の知的欲求に根ざす普遍的な価値をもつものであると信じています。このこと、すなわち物理学の本質的な成果を積み上げるのが、私たち自身の価値であり義務であります。それなくして物理学教室の存在意義はありません。これからも私たちは常に物理学の最前線における研究を行い、世界に通用する成果をだし、物理を学ぶ学生を育ててゆ
かねばなりません。物理自体に対するアクティビティと不断の努力のみが、物理学教室の将来を真に約束するものです。
２００５年度は法人化を前にして、目立たないがいろいろな対策や処置がなされた年です。放
射線管理やアスベスト対策、実験室の安全といった細かなことがなされましたが、実はまだまだ未着手の問題が組織レベルで山積しています。理学部自己評価も行われ、私たちにとって現状を見直すよい機会でありました。
教室人事では２００５年４月に有馬正樹氏、矢野英雄氏、杉﨑満氏が助教授に昇任されました。
定員削減などの問題はありますが、物理学科が健全で活性化した組織を保てるよう、祈ってやみません。
最後に、本年度報告書作成の労をとっていただきました清矢良浩氏、石川修六氏に感謝いたします。
２００６年７月
２００５年度物理学教室主任
神田展行

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2005 年度

物理教室談話会
世話人：安井、鐘本、荻尾

第１回新入生歓迎談話会
日時：4 月 15 日（金）場所：理学部会議室
講師：石原 秀樹 氏 （宇宙物理研究室）
題目：「新しい宇宙モデル（一般相対論入門）」
第２回物理教室談話会
日時：10 月 25 日（火）場所：理学部会議室
講師：荻尾 彰一 氏 （超高エネルギー宇宙粒子物理学研究室）
題目：「最高エネルギー宇宙線を測る」
第３回物理教室談話会
日時：1 月 27 日（金）場所：理学部会議室
講師：矢野 英雄 氏 （超低温物理学研究室）
題目：「超流動ヘリウムの量子渦：渦生成とダイナミクス−学生実験から生まれた最先端研究−」2

超低温物理学研究室
畑徹教授石川修六助教授
矢野英雄助教授
小原 顕
講師

嘉戸隆介(M2)
永合祐輔(M1)
橋本直人(M1)

研究概要
1. 超流動ヘリウム３中のエアロジェルの不純物効果
エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて、体積に占めるシリカの割合は数％のものである。超低温度ではヘリウム以外の物質は固化し、また液体状態であるヘリウム４はヘリウム３とは相分離する
ために、ヘリウム３に不純物を入れることができない。この結果、超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質としての研究の場であった。しかし、シリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム3のコヒーレンス長と同程度であるために、超流動性が完全に壊れることはなく、純粋な系に入った僅かな不純物として振る舞う。
1-1. ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野、石川、畑、嘉戸）空孔率９７.５％エアロジェル（不純物２.５％）を用いて、核磁気共鳴法により超流動相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた。２４barの定圧力下で観測された超流動相間の１次の相転移は、温度の降下、上昇に対して履歴現象を示し、また、冷却時、昇温時ともに相転移時の共存現象も明らかになった。共存の比率は履歴に依存するが、ある温度幅以内では温度変化に対して共存が安定であるだけ
でなく、比率も変化しないことがわかった。相境界が不純物のために自由に移動できないことを示していると思われる。共存時に２つの相が容器内のどの場所にあるかとか、どのように相転移が進むかが示唆される結果であった。高温度側の相がバルク液体中のＡ相とは異なる新しい凝縮相であることが、超流動相間の相転移温度の圧力変化の測定からも示唆された。
1-2. 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（小原、石川、永合）
エアロジェル中の超流動ヘリウム３の音波測定から超流動密度、エネルギー損失の機構を明らかにするために、焼結銀中にエアロジェルを直接成長させた。ＮＭＲ測定で観測されたものと同様な超流動相間の１次相転移を、第４音波法でも初めて観測した。履歴を伴うことも同じであった。超流動密度だけでなくエネルギー損失においても顕著な信号変化となって現れた。２つの相で超流動密度は異なるが、その温度変化は定性的に同じである。両相での超流動密度と損失の大きさの違いは、ギャップの大きさの異方性を用いて説明できると思われる。しかし損失の温度変化は両者で著しく異なる。転移温度直下を除いて、低温度相ではほぼ一定の損失であるが、高温度相は低温で損失が増大する傾向である。損失が温度変化しないことは、ヘリウム準粒子の平均自由行程の上限がシリカの紐間隔によって与えられるためであることを示唆している。しかし、高温度相の損失増大の温度変化は説明できていない。
2. 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野、石川、畑、橋本）
超流動ヘリウム中の超流動速度場は位相の勾配で厳密に与えられ、渦は秩序変数０の渦芯（~１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化される。このため量子渦は、渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ。渦糸の端は超流動中では存3

在せず、端のないリング構造か、両端が壁に付着した構造をとる。リング構造の渦糸は消失するが、両端が壁に付着した渦糸はそのまま残り、残留渦と呼ばれている。
我々は残留渦に着目し、渦糸が付着した振動子の応答を観測することによって、そのダイナミクスを明らかにすることを試みている。振動子として、超伝導極微細線（NbTi
2.5μm直径）を用いた振動ワイヤーを開発した。振動ワイヤーの速度が上がるにつれて、ワイヤーまわりの流れは層流から乱流状態へ遷移し、これらの状態は臨界速度でき
れいに分離する。
振動ワイヤーの共鳴周波数からワイヤーに付着する渦糸の運動状態を明らかにした。
層流では、付着渦から振動子の応答に流速にあまりよらない一定の寄与がある。この結果は、付着渦が振動流に併せて集団運動をするように振る舞うことを示唆している。乱
流状態では、付着渦はカオス的な運動状態に変わり、速い流れのために付着渦が拡大し、もつれ、渦糸間の距離が接近したとき再結合が起き、渦糸リングと付着渦とに分かれると考えられる。渦糸の拡大はGlaberson−Donnelly不安定性として知られ、拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係する。すなわち臨界速度から付着渦のサイズを推測することができる。
３．回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研、京大との共同研究。）（石川）東京大学物性研究所に相互協力により完成した世界最高速度、毎秒１回転で回転するサブmK温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている。昨年度は次のプロジェクトについて研究を行った。
エアロジェル中の超流動ヘリウム３の低圧力・低温度相はバルク液体中のＢ相と同じオーダーパラメータ構造であると考えられている。Ｂ相中ではＮＭＲの手法により、ＨＰＤ（一様歳差運動をするドメイン）運動が励起される。同じＨＰＤがエアロジェル
中でも励起されるかどうか、励起される場合に緩和機構が超流動中の渦構造とどのように関係しているかを調べる目的で実験が行われた。静止したまま超流動にした後で遅い
回転角速度で装置を回転する場合には、エアロジェル中にＨＰＤを励起することができた。しかし、回転角速度を大きくすると励起できなくなることがわかった。エアロジェ
ル中に渦が入るためと考えられる。一度入った渦は逆向きに回転しても消えず、向きの異なる渦の混在のために渦密度が増え、ＨＰＤは２度と励起されなくなると考えられる。

教育・研究業績
学術論文
1. H. Yano, A. Handa, H. Nakagawa et al.：“Observation of Laminar and Turbulent Flow inSuperfluid 4He using a Vibrating Wire”, J. Low Temp. Phys. 138 561-566 (2005).
2. H. Nakagawa, K. Obara, H. Yano, et al：“Impurity Scattering Effects on Superfluid Phases in 3He
in 97.5% Porous Silica Aerogel” , J. Low Temp. Phys. 138 159-164 (2005).
3. H. Yano, A. Handa, H. Nakagawa et al. : “Observation of the turbulent flow in superfluid 4He
using a vibrating wire”, J. Physics and Chemistry of Solid 66 1501-1505(2005)

国際会議講演1. O. Ishikawa：“3He-A placed between parallel plates with 12 µm gap, studied by NMR underrotation up to 1 rev/sec”(talk) The Symposium on Superfluid Under Roration-2005, 4-8 April
2005, the University of Manchester, UK
2. O. Ishikawa：“Study on the Turbulent Flow of Superfluid 4He using a Vibrating Wire”(talk) The
Symposium on Superfluid Under Roration-2005, 4-8 April 2005, the University of Manchester,UK
3. H. Yano, A. Handa, M. Nakagawa et al. “Study on the Turbulent Flow of Superfluid 4He using a

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Vibrating Wire”(poster), Conference on Vortex Rings and Filaments in Classical and Quantum
Systems 6 - 8 June 2005, Miramare - Trieste, Italy, followed by Workshop on New Experimental
Techniques for the Study of Quantum Turbulence 9 - 10 June 2005, Miramare - Trieste, Italy
H. Yano：“Study on the Turbulent Flow of Superfluid 4He Generated by a Vibrating Wire”(talk),
24th International Conference on Low Temperature Physics, Aug. 10-17 2005, Orland Florida,
USA
O. Ishikawa：“Pulsed NMR Measurements in Superfluid 3He in Aerogel of 97.5% Porosity”(talk),
24th International Conference on Low Temperature Physics, Aug. 10-17 2005, Orland Florida,
USA
K. Obara, Y. Nago, H. Yano, et al.: “Hydrodynamic Property of Oscillating Superfluid 3He in
Aerogel”(poster), 24th International Conference on Low Temperature Physics, Aug. 10-17 2005,
Orland Florida, USA
O. Ishikawa, R. Kado, H. Nakagawa, et al.: “A-B Phase Transition and Pinning of Phase
Boundary of Superfluid 3He in Aerogel”(poster), 24th International Conference on Low
Temperature Physics, Aug. 10-17 2005, Orland Florida, USA
M. Yamashita, K. Izumina, - - - O. Ishikawa, et al.: “Rotating Superfluid 3He in Parallel Plate
Geometry”(talk), 24th International Conference on Low Temperature Physics, Aug. 10-17 2005,
Orland Florida, USA
O. Ishikawa, R. Kado, H. Nakagawa et al.: “A-B Phase Transition of Superfluid He-3 in Aerogelwith Changing Temperature”(poster), Ultra-Low Temperature Conference, Aug. 18-20 2005,
University of Florida, Gainesville, Florida USA
K. Obara, Y. Nago, H. Yano, et al.: “Hydrodynamic Property of Oscillating Superfluid 3He in
Aerogel”(poster), Ultra-Low Temperature Conference, Aug. 18-20 2005, University of Florida,
Gainesville, Florida USA
H. Yano, A. Handa, M. Nakagawa et al.: “Turbulent Flow in Superfluid 4He Generated by aVibrating Wire”(poster), Ultra-Low Temperature Conference, Aug.18-20 2005, University of
Florida, Gainesville, Florida USA
H. Yano: “Turbulent Flow of superfluid helium-4 generated by a vibrating wire”(talk),International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena, Dec. 6-9 2005,
Osaka City University, Osaka, Japan
O. Ishikawa:“NMR Study on superfluid 3He in aerogel of 97.5 % porosity”(talk), International
Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena, Dec. 6-9 2005, Osaka City
University, Osaka, Japan
O. Ishikawa, R. Kado, H. Nakagawa, et al.: “A-B Phase transition of superfluid 3He in aerogelwith changing temperatures”(poster), International Workshop on Photosynthetic Antennae andCoherent Phenomena, Dec. 6-9 2005, Osaka City University, Osaka, Japan
K. Obara, Y. Nago, et al.: “Hydrodynamic property of oscillating superfluid 3He inaerogel”(poster), International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena,
Dec. 6-9 2005, Osaka City University, Osaka, Japan
N. Hashimoto, H. Yano, A. Handa, et al.: “Turbulent flow in superfluid 4He generated by avibrating wire”(poster), International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent
Phenomena, Dec. 6-9 2005, Osaka City University, Osaka, Japan

学会・研究会講演
1. 橋本直人：「Vibrating Wire による4He超流動乱流の機構（Ⅲ）
日本物理学会 ２００５年秋の分科会 同志社大学
2. 嘉戸隆介：「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のＡ−Ｂ共存状態Ⅱ」
日本物理学会 ２００５年秋の分科会 同志社大学

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3.

小原 顕：「エアロジェル中の超流動ヘリウム３の第４音波」
日本物理学会 ２００５年秋の分科会 同志社大学
4. 國松貴之：「エアロジェル中の回転超流動ヘリウム３中におけるＨＰＤ測定」
日本物理学会 ２００５年秋の分科会 同志社大学
5. 矢野英雄：「Study on the Quantum Turbulence in Superfluid 4He generated by a Vibrating
Wire」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物理」
領域発足研究会 ２００５年１２月１５~１６日 東京大学
6. 石川修六：「Anisotropic Superfluid 3He in Some Circumstances」
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物理」
領域発足研究会 ２００５年１２月１５~１６日 東京大学
7. 小原 顕：「The Study of Superfluid 3He in Aerogel using 4th Sound Resonance」(poster)
文部科学省特定領域研究「スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物理」
領域発足研究会 ２００５年１２月１５~１６日 東京大学
8. 嘉戸隆介：「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のＡ−Ｂ共存状態Ⅲ」
日本物理学会 第６1回年次大会 愛媛大学
9. 石川修六：「エアロジェル中の超流動ヘリウム３のtextureと２相共存」
日本物理学会 第６1回年次大会 愛媛大学
10. 永合祐輔：「エアロジェル中の超流動ヘリウム３の第４音波Ⅱ」
日本物理学会 第６1回年次大会 愛媛大学
11. 橋本直人：「超流動4Heにおける乱流遷移のSwitching現象」
日本物理学会 第６1回年次大会 愛媛大学
12. 國松貴之：「エアロジェル中の回転超流動ヘリウム３中におけるＨＰＤ測定Ⅱ」
日本物理学会 第６1回年次大会 愛媛大学

学位論文
修士論文
1. 嘉戸隆介：「Aerogel中超流動3He」

研究助成金取得状況
1.

畑徹：受託研究：岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円
2. 畑徹：科学技術振興機構先端計測分析技術・機器開発事業：「大気浮遊粒子用傾向Ｘ線分析装置の開発」２００５年度分１,７７２万円
3. 矢野英雄：基盤研究（Ｃ）「振動流による超流動ヘリウム４量子渦の形成・成長過程の研究」２００５年度分２７０万円
4. 石川修六：特定領域研究「 スーパークリーン物質で実現する新しい量子凝縮相の物理 」
計画研究「超流動ヘリウム３の異方的秩序変数とその制御」２００５年度分２,２７０万円

海外出張および海外研修
1.

2.

畑 徹 ： Orland Florida, USA, Aug. 10-17 2005, 24th International Conference on Low
Temperature Physics, お よ び Gainesville, Florida, USA, Aug. 18-20 2005, Ultra-Low
Temperature Conference, 出席・発表
矢野英雄：Orland Florida, USA, Aug. 10-17 2005, 24th International Conference on Low
Temperature Physics, お よ び Gainesville, Florida, USA, Aug. 18-20 2005, Ultra-Low

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3.

Temperature Conference, 出席・発表
小原 顕：Orland Florida, USA, Aug. 10-17 2005, 24th International Conference on Low
Temperature Physics, お よ び Gainesville, Florida, USA, Aug. 18-20 2005, Ultra-Low
Temperature Conference, 出席・発表

その他 
1.

畑 徹 ：2005年度

低温工学協会関西支部長

7光物性物理学
唐沢 力
赤井一郎
鐘本勝一

教授
助教授
講師

(M2) 今中祥貴 (M1) 薄井将吾 (B4)
(M2) 中村貴史 (M1) 下田崇史 (B4)
樋口正幸 (M1) 樋口達也 (B4)

岡田 明
加藤 賢

研究概要
1. 光捕集性デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性(岡田、赤井、鐘本、唐沢)コアを中心に規則正しく枝分かれ構造した光捕集性側鎖が結合しているデンドリ
マーは、高いエネルギー伝達を示すことから注目されている。我々はデンドリマーが内包する数多くの分子振動の自由度に着目し、π 共役性が比較的よく保たれたナ
ノスター型デンドリマー (SSSn-Pc) を用いて、コアと側鎖の光励起状態の短距離相互作用によって起こる励起子エネルギー伝達のダイナミクスの温度依存性を調べた。
その結果、SSS1-Pc では温度低下に伴い側鎖からコアへのエネルギー伝達が低下するのに対し、SSS2-Pc では低温でも高効率なエネルギー伝達が保たれることが分かった。これらの温度依存性から、側鎖のねじれ振動が励起子エネルギー伝達に大きく関与し、SSS1,2-Pc の側鎖の違いが、ねじれ振動の振る舞いを変え、異なった温度依存性を与えたと理解した。
(生体・構造物性研究室ならびに信州大学・繊維学部と共同研究)

2. 光捕集性デンドリマーにおける励起子伝達の世代・空間形態依存性(加藤, 赤井, 鐘本、唐沢)光捕集性デンドリマーでは、外周側鎖が数世代にわたって枝分かれした構造をもち、側鎖の光励起により中心のコアへ高効率なエネルギー伝達が起こる。我々は、そのエネルギー伝達効率が枝分かれ世代数や分子の空間形態に依存することに注目し、光捕集性側鎖を 3 つもつ n 世代の 3/4 デンドリマー (nth3Q) と、4 世代光捕集性側鎖をそれぞれ 1, 3, 4 つもつ 1/4, 3/4, 4/4 デンドリマーのエネルギー伝達ダイ
ナミクスを調べた。その結果、枝分かれ世代数 n が増大するにつれコアと外周側鎖との距離が増加するにもかかわらず、その伝達効率は n に対して顕著な依存性を示
さないことが明らかになり、それらデンドリマーではエネルギー伝達の際、側鎖での失活が小さく、コアへの高効率なエネルギー伝達が起こっていることが明らかになった。一方、側鎖の数が増加する空間形態の変化にともない伝達効率が減少する
ことも明らかになった。この変化は、側鎖の数が多くなるにつれ外周側鎖は密集し、その結果エネルギー伝達の散逸過程が増えたためであることが明らかになった。
(物質分子系専攻・機能化学研究室と共同研究)

3. 光捕集性同軸型デンドリマーの光学特性(樋口、赤井、鐘本、唐沢)光捕集性デンドリマーは、高い光捕集性とコアへの高いエネルギー伝達効率を示す
ことから、光捕集性を有効活用した応用が期待される。我々は、それらの観点から、コアに高輝度有機 EL 材料として注目されている poly-p-phenylenevinylene (PPV)を採用した同軸型デンドリマーの光エネルギー伝達ダイナミクスを調べた。これらの同軸型デンドリマーも、側鎖を光励起するとコアへのエネルギー伝達の結果、強いコア発光が観測される。しかし、コア発光は側鎖発光の減衰寿命に比べて早く立

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ち上がることから、側鎖の光励起後、側鎖内で発光を与える緩和が起こるより前に、側鎖の励起状態から直接コアへの迅速なエネルギー伝達が起こっていることが明らかになった。
(生体・構造物性研究室ならびに信州大学・繊維学部と共同研究)

4. Znx Mn1−x Te/Zny Mg1−y Te 半導体量子井戸中の Mn2+ 内遷移と励起子遷移(赤井, V. F. Agekyan)
ZnTe 半導体に Mn をドープすると、Zn サイトに Mn2+ が置換され共有性結合を形成する。この Mn2+ には d5 電子状態が存在し、Mn を高密度にドープした Znx Mn1−x Teとバリア層半導体 Zny Mg1−y Te で量子井戸構造を形成すると、Znx Mn1−x Te のバンド間を基礎とした励起子状態と共存して、それぞれ特徴的な光学遷移を与える。我々はこれらの系をパルスレーザーで光強励起して、非線形発光スペクトルおよび発光減衰特性を調べた。その結果、非弾性散乱過程による励起子発光のブロードニングと、Mn2+ 発光強度の減少が観測された。これらは、量子井戸構造化することにより、d5 電子状態とバンド状態の混成化が顕著になり、その結果このような相補的なスペクトル変化として現れたことが明らかになった。
(大阪市立大学・大学間交流協定による St.Petersburg 大学との共同研究。)
5. Cu2 O 薄膜結晶の励起子スペクトル(中村、赤井、唐沢)
Cu2 O のパラ励起子は、光学遷移禁制で長寿命を持つという特徴のため、ポテン
シャルトラップへの閉じ込め等により、励起子 BEC 等の高密度状態の実現が期待されている。我々は、2 枚の MgO 板に挟まれた Cu2 O 薄膜結晶を用意し、その光学特性を調べた。MgO 板に挟まれた Cu2 O は、応力により励起子状態が変調され、光学遷移に変化がもたらされる。その結果、4.2K 以下の低温において 6 つのピークに分裂した発光スペクトルが得られた。これらの発光スペクトルの分裂は、薄膜中ではMgO 板による軸性応力によって、三重縮退の 1S オルソ励起子バンドが 3 つに分裂し、それらの共鳴発光とそれぞれのフォノンサイドバンド発光であることが明らかになった。
(大阪府立大学と共同研究)
6. 極低温顕微分光システムの構築と半導体量子点の光学特性(赤井)
半導体量子点の顕微分光や、固体中の励起子伝播の様子を観測するため、4.2 K の
極低温でそれらを観測可能とする顕微分光システムの構築を行った。その結果、ガラス上に分散させた有機色素の高分解発光像を捕らえることが出来た。空間分解能
は、5µm 以下である。
(山梨大学と共同研究)

7. 不活性媒体中に希釈したポリチオフェン誘導体の発光特性(今中、鐘本、赤井、唐沢)
π 共役ポリマーは高い発光輝度からレーザー媒質や電界発光素子への応用が図られているが、光励起後の発光の研究は主としてその高分子自体のみで構成された薄膜試料で行われてきた。しかしながらその光励起状態は、高分子鎖間の相互作用の影響が無視できないため、鎖内と鎖間の過程が混在し複雑なものとなる。そこで、鎖内の発光過程を明らかにするために、π 共役ポリマーの一つであるポリチオフェン誘導体を不活性媒体であるポリプロピレンに希釈し、その発光過程を調べた。そ9

の結果として、高分子鎖内には鎖の折れ曲がりに起因して複数の状態が存在し、希釈された高分子ではそれらの間における移動が十分ではなく、各複数の状態から発光が得られることが明らかになった。

8. π 共役オリゴマー分子におけるアップコンバージョン発光(鐘本、赤井、唐沢)
π 共役ポリマーを含めた高輝度発光材料の一部では、励起光よりも高エネルギー
側に発光（アップコンバージョン発光）が生じることが知られており、近年その機構だけでなく応用性も注目されている。12 のチオフェン環が連なったオリゴチオフェンを対象物として用い、その発光特性を調べた結果、顕著なアップコンバージョン
発光が観測された。また、その温度依存性並びに励起波長依存性を調べた結果、単純にボルツマン因子のみを考慮しただけでは説明できないことが明らかになった。
(大阪大学産業科学研究所との共同研究)
9. ポリチオフェン誘導体における電界発光(鐘本)
π 共役ポリマーは光励起のもとで強い発光 (PL) が生じるが、電圧印加のもとでも発光が生じ (電界発光：EL) その応用性が注目されている。ポリチオフェン誘導体を用いて EL デバイスを試作し、実際に EL を観測することが出来た。一方で、一般にEL は PL とスペクトルが類似していると報告されてきたが、観測された EL スペク
トルは PL よりもブルーシフトしていた。これまでの研究から、PL では光励起状態が低いエネルギー状態に集まった後に発光に至ることがわかっているが、EL では必
ずしもそのような効率的なエネルギー移動を経由していないことを示唆している。
10. π 共役高分子の FET デバイスで誘起されるキャリアの研究(鐘本)
近年、π 共役高分子を用いて電界効果トランジスタ (FET) 特性が実現されることが報告され、その応用に向けた研究が盛んになされている。π 共役高分子として、層構造を示すポリチオフェン誘導体ならびに大気中で安定なポリフルオレン誘導体
に対して実際にトランジスタ動作を確認した。そのデバイスに対して、トランジス
タ動作で誘起されるキャリアを吸収分光でとらえる実験を行い、近赤外領域で特徴的な信号を観測した。その信号は、化学酸化で得られるキャリアに比べて低エネル
ギー領域に信号を有することが確認され、高分子鎖間で広がった状態がキャリアとして働いていることが示唆された。
(University of Cambridge との共同研究)。

11. 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス(鐘本)
π 共役高分子はドープ状態で高い導電性を示し、そのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されている。それら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いて ESR 特性を調べた。特にその ESR スペクトルは、高周波 (36 GHz)の実験において、一般によく用いられる X バンド領域 (9 GHz) と線型及び線幅が顕著に異なるスペクトルを与えた。このことは、ポーラロンの運動の様子を異なる時
間尺度で観測できたことを反映しており、今後解析していくことでポーラロンダイ
ナミクスについて詳細な情報が得られることが期待される。
(分子科学研究所との共同研究)

10教育・研究業績
学術論文

1. K. Kanemoto, M. Shishido, T. Sudo, I. Akai, T. Karasawa, Y. Agari:“Eﬀect of the dilution in polypropylene on photophysical properties of poly(3alkylthiophenes)”,
Synth. Met.. 155, pp. 162–167, (2005).
2. I. Akai, H. Nakao, K. Kanemoto, T. Karasawa, H. Hashimoto, M. Kimura:“Rapid energy transfer in light-harvesting small dendrimers”,
J. Lumin.. 112, pp. 449–453, (2005).
3. K. Kanemoto, M. Shishido, T. Sudo, I. Akai, H. Hashimoto, T. Karasawa:“Concentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an inactive polymer matrix”,
Chem. Phys. Lett.. 402, pp. 549–553, (2005).
4. D. Kim, T. Karasawa, T. Iida, T. Komatsu:“Quantum-Disk Excitons and Their Interaction with Phonons in BiI3 ”,
J. Phys. Soc. Jpn. 74, pp.1309–1319, (2005).
5. H. Xie, I. Kinoshita, T. Karasawa, K. Kimura, T. Nishioka, I. Akai, K. Kanemoto:“Structure Study and Luminescence Thermochromism in Hexanuclear 6-Methyl-2Pyridinethiolato Copper(I) Crystals”,
J. Phys. Chem. B. 109, pp.9339-9345, (2005).
国際会議会議録

1. I. Akai, A. Okada, K. Kanemoto, T. Karasawa, H. Hashimoto, M. Kimura:“Quenching of Energy Transfer by Freezing of Molecular Vibrations in Light Harvesting Nanostar Dendrimer”,
4th Inter. Dendrimer Sympo. (IDS-4), 21 May, Track B 10:30,
Mt. Pleasant Michigan, USA, 18-21 May, 2005.
2. I. Akai, A. Okada, K. Kanemoto, T. Karasawa, H. Hashimoto, M. Kimura:“Quenching of Energy Transfer by Freezing Molecular Vibrations in Light Harvesting Nanostar Dendrimer”,
Inter. Conf. on Dynamical Processes in Excited States of Solids 2005 (DPC’05),
Shanghai, China, 1 - 5 Aug. 2005.
学会・研究会講演

1. 今中祥貴, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢 力, 上利泰幸:「薄膜における π 共役高分子の発光過程」,
III-A-78, pp.319–322 (2005),
第 16 回光物性研究会 大阪市立大学 2005 年 12 月 9–10 日.
2. 加藤 賢, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢 力, 大橋正和, 篠田哲史, 築部 浩:「光捕集性デンドリマーにおけるエネルギー伝達効率の枝分れ世代数および空間形
態依存性」,

11

III-A-80, pp.327–330 (2005),
第 16 回光物性研究会 大阪市立大学 2005 年 12 月 9–10 日.
3. 岡田 明, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢 力, 橋本秀樹, 木村 睦:「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性
II」,
III-A-80, pp.331–334 (2005),
第 16 回光物性研究会 大阪市立大学 2005 年 12 月 9–10 日.
4. 中村貴史，赤井一郎，鐘本勝一，唐沢 力，河相武利，橋本 哲:「MgO 板に挟まれた Cu2 O 薄膜結晶における励起子の光学特性」,
28aPS-22, 第 4 分冊 pp.729,
日本物理学会, 2006 年春：「第 61 回年次大会」（愛媛大・松山大) 2006 年 3 月 27–30 日.
5. 今中祥貴, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢 力, 上利泰幸:「薄膜におけるπ共役高分子ポリチオフェンの発光過程」,
28aPS-68, 第 4 分冊 pp.740,
日本物理学会, 2006 年春：「第 61 回年次大会」（愛媛大・松山大) 2006 年 3 月 27–30 日.
6. 鐘本勝一, 赤井一郎, 橋本秀樹, 唐沢 力, 根岸伸和, 安蘇芳雄, 大坪徹夫:「ポリチオフェン誘導体及びオリゴチオフェンにおける鎖内の発光ダイナミクス」,
29pRF-1, 第 4 分冊 pp.756,
日本物理学会, 2006 年春：「第 61 回年次大会」（愛媛大・松山大) 2006 年 3 月 27–30 日.
7. 岡田 明, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢 力, 橋本秀樹, 木村 睦:「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性
III」,
29pRF-2, 第 4 分冊 pp.756,
日本物理学会, 2006 年春：「第 61 回年次大会」（愛媛大・松山大) 2006 年 3 月 27–30 日.
8. 加藤 賢, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢 力, 大橋正和, 篠田哲史, 築部 浩:「光捕集性デンドリマーにおけるエネルギー伝達効率の枝分かれ世代数および空間
形態依存性」,
29pRF-3, 第 4 分冊 pp.756,
日本物理学会, 2006 年春：「第 61 回年次大会」（愛媛大・松山大) 2006 年 3 月 27–30 日.
9. 岡田明, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢 力, 橋本秀樹, 木村 睦:「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性
II」,
21aXF-11, 第 4 分冊 pp.607,
日本物理学会, 2005 年秋：「秋季大会」（同志社大）2005 年 9 月 19–22 日.
10. 赤井一郎，鐘本勝一，唐沢 力，大橋正和，篠田哲史，築部 浩:「光捕集性 3/4 デンドリマーのエネルギー伝達効率」,
21aXF-12, 第 4 分冊 pp.607,
日本物理学会, 2005 年秋：「秋季大会」（同志社大）2005 年 9 月 19–22 日.
その他

1. 唐沢 力: 大阪市大の物理出張授業: 「 光と私達の世界 –光で解明した物理学の不思
議な世界–」

12

(a) 奈良県立奈良高等学校 (2005 年 10 月 25 日)(b) 京都府立西城陽高等学校 (2006 年 2 月 2 日)
2. 唐沢 力: 大阪府高等学校理化教育研究会：「大阪市立大学の現状と、近未来」
大阪市立大学（2005 年 6 月 8 日）
3. 唐沢 力: 全学共通教育総合教育科目ガイドブック：アン・ロゾ：「大学で知る知識」
大阪市立大学（アン・ロゾ No.6）
4. 赤井一郎: 大阪市大の物理出張授業: 「半導体 –全てはラヂオ少年から始まった–」(a)(b)

大阪府立寝屋川高等学校 (2005 年 7 月 25 日)
大阪府立住吉高等学校 (2005 年 8 月 26 日)

学位論文
修士論文

1. 岡田 明 :「光捕集性デンドリマーにおけるエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」,“Temperature Dependence of Energy Transfer Dynamics in Light Harvesting Dendrimers”
2. 加藤 賢 :「光捕集性デンドリマーにおけるエネルギー伝達ダイナミクスの枝分かれ世代数依
存性および空間形態依存性」,“Branching-Generation Dependence and Morphology Dependence of Energy Transfer Dynamics in Light-Harvesting Dendrimers”

研究助成金取得状況
1. 鐘本勝一：
平成１７年度「実用化のための可能性試験」(独) 科学技術振興機構 (H17 科地推第 116-2), (H17 : 1,000 千円)「不活性マトリックスを用いた共役高分子発光の高輝度並びに先鋭化」

海外出張および海外研修
1. 赤井一郎 :The 4th International Dendrimer Symposium (IDS-4),
Central Michigan University, Mt. Pleasant, Michigan USA, 17–23 May 2005.
2. 赤井一郎 :International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids 2005
(DPC’05),
Fudan (復旦) 大学, 上海, 中国, 31 Jul. – 7 Aug. 2005.
大阪市立大学・大学間交流協定による研究者の受入

1. Professor V. F. Agekyan, St.Petersburg University, Russia, 2–26 Nov. 2005.
“Exciton and intracenter excitation dynamics in II-VI semiconductor superlattices
and quantum wells with transition metal magnetic component”

13生体・構造物性研究室
橋本 秀樹 教授
杉﨑 満
助教授
丸山 稔
講師

藤井 律子 (PD)Chen Qi-Dai (PD)和泉 拓朗 (M2)楠本 利行 (M2)
下中 奨三 (M2)藤原 正澄 (M2)
鈴木 聡
(M1)
若竹 伸幸 (M1)山内 健聖 (B4)水野 太郎 (B4)柴田 江身子 (B4)

研究概要
1. サブ10フェムト秒時間分解分光計測システムの構築とフェムト秒時間領域分光（杉﨑，橋本）
光合成反応系は，生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた，天然のエネルギー変換システムである．この反応系は，人類がこれまで構築した如何なるシステムよりも，遥に速い変換速度（< 100フェムト秒）で，高効率のエネルギー変換（〜100%）を行うと考えられている．そのため，光合成反応系の初期過程のメカニ
ズムを明らかにすることは，基礎物理的にも応用的にも非常に重要である．近年，レーザー技術の進歩により，市販のレーザーを用いることで，100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となった．しかし，光合成系の初期過程を明らかにするためには，それよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる．
そのため，我々の研究室では，チタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け，一方を自己位相変調により白色光，もう一方を，BBO結晶を用いて第二高調波を発生させ，これらの光の非同軸光パラメトリック増幅を行うシステムを構築した．
今年度は，極性カロテノイドアナログ及び共役二重結合数15を持つマクロカロテン分子についての時間領域分光計測を行った．いずれの試料においても，過渡吸収変化に
impulsive stimulated Raman processに由来するコヒーレント振動が重畳した信号が観測された．比較的干満な時間変化を示す，ウェーブレット解析を適応することにより，電子状態の緩和に関する情報に加え，コヒーレント振動の寿命を求めることができた．注目すべき点として，コヒーレント振動の周波数が，サブピコ秒のオーダーで変化する様子が観測されたことを挙げることができる．これは，基底状態と励起状態間の干渉として説明することができる．また，誘導フォトンエコー信号の観測にも成功した．C-CH3，C-C及びC=Cを基にしたスペクトル密度から，吸収スペクトル，ラマンスペクトル，誘導フォトンエコ
ー信号が矛盾なく説明できることを示した．
2. アナログカロテノイドを天然のアポ蛋白質に再構築した人工の光合成光反応中心複合体のナノ秒時間分解吸収分光（藤井，楠本，橋本）
カロテノイド欠損光合成細菌Rb. sphaeroides R-26.1 から調製した光反応中心複合体（RC）と，有機合成により調製した一連の共役鎖長を持つアナログカロテノイドを再構築した人工のRCのナノ秒時間分解吸収スペクトル測定を行った．得られた吸収スペクトルデータのセットに対して，特異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを適用することにより，極微弱な吸収スペクトル変化を精度良く検出することに成功した．再構成RCに関する従来の研究では，共役二重結合数（N）が9より少ないカロテノイドを再構築した
場合，光保護作用の発現のために必須の，カロテノイドの三重項状態の生成が全く検出さ14

れなかったが，今回の我々の実験により，N=8およびN=9のカロテノイドを再構築したRC
おいても，カロテノイドのT1 → Tn吸収スペクトルが観測できた．この結果は，カロテノイ
ドの光保護作用の発現機構に関して，従来概念を覆す画期的な成果であると考えられる．
3. 異種の光合成色素蛋白複合体による混成二次元結晶（下中，藤井，橋本）
光合成細菌の光合成系は，二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応
中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した，超分子配置を形成することにより生理機能を発現している．真のエネルギー伝達機構を解明するためには，各色素蛋白複合体の微細構造と位置関係（配列）をパラメタライズし，最適化の条件を見つける必要がある．本研究では，別々の光合成細菌から単離精製したCoreとLH2から再構成膜を調整し，その2次元配列を制御することを試みた．
CoreとLH2はそれぞれ，Blc. ViridisとRps. Acidophilaから単離精製しこれを人工のリン脂質二重層膜（Egg-PC）に再構築することに成功した．透析温度を変化させることにより，Coreの配置を広い範囲で制御可能であることを電子顕微鏡観察により明らかにした．本研究により得られた手法では，CoreとLH2の比率は自由に変えることが可能である．そのため，LH2からCoreへのエネルギー伝達過程の詳細に迫ることができるものと期待される．
蛍光，および蛍光励起スペクトルを測定し，解析した結果，Coreに注入するエネルギー量
がLH2の密度に比例することが分かり，確かにLH2からCoreへのエネルギー伝達が行われていることを証明した．このような異種の色素蛋白複合体による混成二次元結晶の調製は世界初の快挙である．
4. 極性カロテノイドの同族体のナノ秒時間分解吸収分光（楠本，藤井，橋本）
all-trans-レチナールと1,3-インダンジオンを縮合した，極性カロテノイド2-all-trans-レチ
ニリンデン-1,3-インダンジオン（RetInd）のTHF溶液に対して，三重項増感励起によるナ
ノ秒時間分解吸収分光測定を行った．RetIndはその構造が，天然のカロテノイドであるペリジニンと構造が非常によく似ているため，モデル化合物としての役割が期待される．特
異値解析とそれに続くグローバルフィッティングを用いたデータ解析を行うことにより，ジカチオン状態に帰属できる過渡吸収バンドが特定できた．カロテノイド類では，THFのような溶媒系（非重溶媒）でのラジカル生成は報告されておらず，しかも三重項増感励起の際に見つかったこの特異な現象は，カロテノイド（共役ポリエン系）の電子構造を探索する上で，重要な知見を与えていることが期待される．
5. 極性カロテノイド類における酸化還元電位の制御（和泉，楠本，橋本）極 性 カ ロ テ ノ イ ド 2-all-trans- レ チ ニ リ ン デ ン -1,3- イ ン ダ ン ジ オ ン （ RetInd ） は ，
1,3-indan-dionに由来する部分が強力な電子吸引姓を持っているために，分子内に蛋白質による静電場の影響を取り込んだものとみなすことができる．増感剤としてアントラセンを加えた非ハロゲン溶媒下でカロテノイドとしてははじめて光誘起カチオンの生成が確認されている．アントラセンに電子を渡してカチオンになるという生成経路が推定されているため，PSIIの二次電子移動に類似の経路として，関係に興味がもたれる．
そこで，生成経路を決定するための初期段階として，Cyclic voltammographにより光誘起
カチオン状態を定量的に評価した．その結果，モノカチオン，ジカチオンが生成される様子が明瞭に観測された．また，新たに開発したMulti-channel chrono absorptmetry法により，以上の同定を支持する結果を得ると共に，短寿命成分を新たに発見した．
6. LH1アンテナ複合体の再構築とその電場変調吸収分光（鈴木，藤井，橋本）
紅色光合成細菌Rhodospirillum rubrumから，共役二重結合鎖n = 13のカロテノイド（all-trans-spirilloxanthin）を単離精製した．単離したカロテノイドを，Triton X-100ミセル
中で，カロテノイドを除去したB880色素蛋白複合体の単量体サブユニットと再会合することにより，Rs. rubrum LH1複合体を人為的に再構築した．吸収スペクトル，蛍光励起スペ

15

クトルおよび電場変調吸収スペクトルを測定することで，再構成体と天然由来のLH1複合体についての比較検討を行った．LH1 complex再構成体は，B880吸収帯が3 nm短波長シフトしている点とカロテノイド部分の振動構造がより明瞭になっている点を除けば，天然体と基本的に同様な吸収スペクトルを与えた．蛍光励起スペクトルの測定により，カロテノ
イドからバクテリオクロロフィルへの励起エネルギー移動効率を決定したところ，天然
LH1では35%であったのに対し，再構成LH1はこれより有意に高い40％の効率を与えた．
電場変調吸収分光測定によって，LH1複合体中のカロテノイド及びバクテリオクロロフィ
ル分子の非線形光学パラメータ（光誘起分極率変化∆α・光誘起双極子モーメント変化∆µ）を決定したところ，バクテリオクロロフィル分子では天然体と再構成体とで同様の値を与えるのに対して，カロテノイド分子では大きな差異が検出された．この結果は，再構成LH1
複合体中のカロテノイド分子周辺の静電的環境が，天然 LH1の場合とは明らかに異なっていることを示している．電場変調吸収分光法は，再構成体の構造に関して有意な情報を与える分光学的手法であることが明らかになった．
7. 非線形光学材料の性能向上を目指した計測と評価（藤原，丸山，橋本）
大出力テラヘルツ電磁波（THz波）発生を実現するための有機非線形光学材料の性能評
価について，種々の分光計測法を適用することにより多角的に検討を行った．具体的な測定対象となる有機非線形材料としては，既に良好なTHz波発生が確認できている2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体について検討した．
様々な置換基を有するN置換MNA誘導体の大量合成を行った．ブリッジマン炉を用いた融液からの結晶成長とゾーン精製による純化を行い，これらMNA誘導体からの良質な単結晶の作成を目指して勢力的に研究を展開した．特に，単結晶試料の透明性を追求し，種々の条件だしを行った．得られた結晶の面方位は，X線ラウエ法により評価した．
結晶の2次非線形光学定数（dテンソル）の測定を行うための装置を作成して稼働し，各MNA誘導体結晶のdテンソル成分の相対値を決定した．dテンソルの決定には，第二高調波発生法を採用し，その励起光源としてはNd：YAGレーザーの基本波（1064 nm）を用いた．
結晶試料は回転ステージ上に固定し，励起光の偏光（p偏光およびs偏光）に対して任意角
度に回転角を設定できるようにした．原理的に全部で27個あるdテンソル成分に関して，
結晶構造および結晶内における分子配置を考慮することにより，測定結果をシミュレーシ
ョンするコンピュータプログラムの開発も平行して行った．
以上の研究を通じて，1）光学的に良質で大型のBNA単結晶の成長に成功した，2）dテ
ンソルの成分比を実験的に検証し，dZZZ成分の異常な増大を観測した，3）dZZZの異常な増大は，超分子クラスターを考えることで定性的に説明可能であることを明らかにした，4）結晶中の水素結合によって形成されるネットワークがdテンソルに大きく影響を与える事を明らかにした．目標である良質で大きな有機非線形光学結晶の開発と，二次非線形感受率テンソルの決定等の結晶面方位に即した物性評価をすることができ，当初の計画を十分満足する研究成果が得られた．
8. 氷六角板結晶の成長と融解の間に生じる非対称なパターン形成（丸山）
結晶にはミクロな構造的異方性があるために，特定の方位の結晶面のみがマクロな結晶
外形を構成する．すなわち，成長形は成長速度の遅い方位の平面によって，融解形は融解速度の速い面によって囲まれる，という法則がある．両者は違った形になることが予測されるが，その関係をきちんと調べた例はほとんどない．そこで，氷と水の圧力下共存系を対象にして，系の温度を下げながら氷を成長させ，温度を上げながら氷を融解させた．得られた成長形はプリズム面と基底面で囲まれた六角板状であるのに対して，融解形は六角形の角から優先的に解け出して，定常状態では逆六角形を示した．すなわち成長形が30度回転した相似形になった．ただし，これら六面はわずかに曲がったラフ方位の曲面である．
従来，融解形は角ばった先端から解け始め丸い定常形に落ち着くものと考えられていた．

16

界面での成長・融解の素過程を考慮した数理モデルを作って，この非対称変化を定性的に説明した．

教育・研究業績
学術論文
1. K. Yanagi, A.T. Gardiner, R.J. Cogdell, H. Hashimoto, “Electroabsorption spectroscopy of
β-carotene homologs: Anomalous enhancement of ∆µ”, Phys. Rev. B71, 195118 (2005).
2. P. Wang, R. Nakamura, Y. Kanematsu, Y. Koyama, H. Nagae, T. Nishio, H. Hashimoto, J.P.
Zhang, “Low-lying singlet states of carotenoids having 8-13 conjugated double bonds asdetermined by electronic absorption spectroscopy”, Chem. Phys. Lett. 410, 108-114 (2005).
3. D. Kosumi, K. Yanagi, T. Nishio, H. Hashimoto, M. Yoshizawa, “Excitation energy dependenceof excited states dynamics in all-trans-carotenes determined by femtosecond absorption andfluorescence spectroscopy”, Chem. Phys. Lett. 408, 89-95 (2005).
4. I. Akai, H. Nakao, K. Kanemoto, T. Karasawa, H. Hashimoto, M. Kimura, “Rapid energy transfer
in light-harvesting small dendrimers”, J. Lumin. 112, 449-453 (2005).
5. K. Kanemoto, M. Shishido, T. Sudo, I. Akai, H. Hashimoto, T. Karasawa,“Concentration-dependence of photoluminescence properties in polythiophene diluted in an
inactive polymer matrix”, Chem. Phys. Lett. 402, 549-553 (2005).
6. K. Yanagi, M. Shimizu, H. Hashimoto, A.T. Gardiner, A.W. Roszak, R.J. Cogdell, “Local
electrostatic field induced by the carotenoid bound to the reaction center of the purple
photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides”, J. Phys. Chem. B 109, 992-998 (2005).
7. M. Maruyama: “Roughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt underpressure”, J. Crystal Growth 275, 598-605 (2005).
8. T. Nishio, K. Yanagi, M. Shimizu, S. Suzuki, R. Fujii, A.T. Gardiner, A. Gall, R.J. Cogdell, and
H. Hashimoto, “Stark spectroscopy of the reaction centre from the photosynthetic bacterium
Rhodobacter sphaeroides strain R26.1 in which a spheroidene analogue has been incorporated”,
Carotenoid Science 8 (2005) 47-52.
9. M. Sugisaki, T. Sashima, and H. Hashimoto, “Investigation on Ultrafast Optical Processes in a
Polar Carotenoid Analogue by the Use of a Noncollinear Optical Parametric Amplifier”,
Carotenoid Science 8 (2005) 38-42.
10. K. Yanagi, M. Shimizu, A.T. Gardiner, A.W. Roszak, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Effect ofcarotenoid on electrostatic environment around the bacteriochlorophyll special pair in the reaction
center of the purple photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides”, Carotenoid Science 8(2005) 43-46.
11. R. Fujii, T. Kusumoto, T. Sashima, and H. Hashimoto, “Sub-µ-second time-resolved absorption
spectroscopy of a polar carotenoid analogue, 2-(all-trans-retinylidene)-indan-1,3-dione”,
Carotenoid Science 8 (2005) 53-57.
12. D. Kosumi, M. Komukai, K. Yanagi, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Time-resolved
Absorption and Fluorescence Spectroscopy in Carotenoids Using Tunable Femtosecond Pump
Pulses”, Carotenoid Science 8 (2005) 62-64.
13. R. Fujii, T. Kusumoto, T. Sashima, R.J. Cogdell, A.T. Gardiner and H. Hashimoto,“Sub-µ-second time-resolved absorption spectroscopy of a polar carotenoid analogue,
2-(all-trans-retinylidene)-indan-1,3-dione; formation of the dication by direct triplet-excited
sensitization”, J. Phys. Chem. A 109 (2005) 11117-11122.
14. D. Kozumi, M. Komukai, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Ultrafast Dynamics ofAll-trans-β-Carotene Explored by Resonant and Nonresonant Photoexcitations”, Phys. Rev. Lett.
95 (2005) 213601/1-213601/4.
15. D. Polli, G. Cerullo, G. Lanzani, S. De Silvestri, H. Hashimoto, and R. J. Cogdell,“Carotenoid-Bacteriochlorophyll Energy Transfer in LH2 Complexes Studied with 10-fs Time
Resolution”, Biophys. J. 90 (2006) 2486-2497.
16. R. Nakamura, P. Wang, R. Fujii, Y. Koyama, H. Hashimoto, and Y. Kanematsu, “Vibrational
relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoid”, J. Luminescence 119-120

17(2006) 442-447.
17. I. Akai, A. Okada, K. Kanemoto, T. Karasawa, H. Hashimoto, and M. Kimura, “Quenching ofenergy transfer by freezing molecular vibrations in light harvesting small dendrimer”, J.
Luminescence 119-120 (2006) 283-287.
18. K. Kuroyanagi, M. Fujiwara, H. Hashimoto, H. Takahashi, S. Aoshima, and Y. Tsuchiya, “AllOrganic THz Electromagnetic Wave Emission and Detection Using Highly Purified
N-Benzyl-2-Methyl-4-Nitroaniline Crystals”, Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 4068-4073.
19. K. Kanemoto, T. Sudo, I. Akai, H. Hashimoto, T. Karasawa, Y. Aso and T. Otsubo, “Intrachain
photoluminescence properties of conjugated polymers as revealed by long oligothiophenes andpolythiophenes diluted in an inactive solid matrix”, Phys. Rev. B 73 (2006) 235203.
20. H. Hashimoto, R. Fujii, K. Yanagi, T. Kusumoto, A.T. Gardiner, A.W. Roszal, N.W. Issacs, Z.
Pendon, D. Niedzwiedski, H.A. Frank, and R.J. Cogdell, “Structures and functions of carotenoids
bound to reaction centres from purple photosynthetic bacteria”, Pure Appl. Chem. (2006) in press.
21. K. Kuroyanagi, M. Fujiwara, H. Hashimoto, H. Takahashi, S. Aoshima and Y. Tsuchiya,“Determination of the Refractive Indices and Absorption Coefficients of Highly Purified
N-Benzyl-2-Methyl-4-Nitroaniline Crystal in Terahertz Frequency Regime”, Jpn. J. Appl. Phys.
(2006) in press.
22. M. Fujiwara, K. Yanagi, M. Maruyama, M. Sugisaki, K. Kuroyanagi, H. Takahashi, S. Aoshima,
Yutaka Tsuchiya, Andrew Gall and H. Hashimoto, “Second order nonlinear optical properties ofthe single crystal of N-benzyl 2-methyl-4-nitroaniline: anomalous enhancement of the d333
component and its possible origin”, Jpn. J. Appl. Phys. (2006) submitted.
23. D. Kosumi, K. Yanagi, R. Fujii, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Conjugation length
dependence of relaxation kinetics in β-carotene homologs probed by femtosecond Kerr-gate
fluorescence spectroscopy”, Chem. Phys. Lett. (2006) in press.
24. K. Kuroyanagi, K. Yanagi, A. Sugita, H. Hashimoto, H. Takahashi, S. Aoshima, and Y. Tsuchiya,“Incident Light Polarization Dependence of Terahertz Emission Spectrum of Crystalline
4-N,N-Dimethylamino-4'-N'-Methyl-4-Stilbazolium Tosylate”, J. Appl. Phys. (2006) submitted.
国際会議録
1. M. Yoshizawa, D. Kosumi, M. Komukai, K. Yanagi, and H. Hashimoto: “Dynamics ofcarotenoids probed by femtosecond absorption, fluorescence, and Raman spectroscopy”, Springer
Series in Chemical Physics (2005), 79 (Ultrafast Phenomena XIV), 589-591.
2. T. Buckup, W. Wohlleben, B. Heinz, M. Motzkus, J. Savolainen, J.L. Herek, H. Hashimoto, and
R.J. Cogdell: “Energy flow in carotenoids, studied with pump-deplete-probe, multiphoton andcoherent control spectroscopy”, Springer Series in Chemical Physics (2005), 79 (Ultrafast
Phenomena XIV), 363-367.
3. G. Cerullo, D. Polli, G. Lanzani, H. Hashimoto, R.J. Cogdell: “Sub-20-fs study of energy
relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexes”, Springer Series in
Chemical Physics (2005), 79 (Ultrafast Phenomena XIV), 589-591.
国際会議講演1. R. Fujii, M. Shimizu, T. Nishio, T. Kusumoto, H.A. Frank, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto:“Triplet States of Carotenoids Having Shorter Conjugation Lengths Reconstituted into theReaction Centre of Rhodobacter sphaeroides R-26.1 Detected by Time-Resolved Absorption
Spectroscopy”, 22nd Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005, April 15-17)
Woods Hole, MA, USA.
2. H. Hashimoto, K. Yanagi, A.T. Gardiner, A.W. Roszak, and R.J. Cogdell: “Stark spectroscopy on
the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteria” 22nd
Annual Eastern Regional Photosynthesis Conference (2005, April 15-17) Woods Hole, MA,USA.
3. H. Hashimoto, R. Fujii, K. Yanagi, A. T. Gardiner, A. W. Roszak, N. W. Issacs, H. A. Frank,
and R. J. Cogdell: “Structures and functions of carotenoids bound to reaction centers from purple
photosynthetic bacteria”, The 14th International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22)

18

Edinburgh, UK.
R. L. Christensen, H. A. Frank, M. Grace, I. Galinato, E. F. Chu, R. Fujii, and H. Hashimoto:“The optical spectroscopy of cis and trans polymers: models for cis and trans carotenoids”, The
14th International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22) Edinburgh, UK.
5. K. Nakagawa, R. Fujii, K. Yanagi, S. Suzuki, A. T. Gardiner, R. J. Cogdell, H. Hashimoto, and M.
Nango: “Probing the carotenoid in its biding site in a reconstituted light-harvesting complex 1
from the photosynthetic bacterium Rhodospirillum rubrum with electroabsorption spectroscopy”,
The 14th International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22) Edinburgh, UK.
6. P. Wang, R. Nakamura, Y. Kanematsu, Y. Koyama, H. Nagae, T. Nishio, H. Hashimoto, and J.-P.
Zhang: “Low-lying singlet states of carotenoids having 8∼13 conjugated double bonds asdetermined by electro absorption spectroscopy”, The 14th International Symposium on
Carotenoids (2005, July 17-22) Edinburgh, UK.
7. M. Yoshizawa, D. Kosumi, M. Komukai, K. Yanagi, and H. Hashimoto: “Excitation energy
dependence of relaxation kinetics and nonlinear optical responses in all-trans-carotenoids”, The
14th International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22) Edinburgh, UK.
8. R. Fujii, M. Shimizu, T. Nishio, T. Kusumoto, H. A. Frank, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto:“Triplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into the reaction
centre of Rhodobacter sphaeroides R-26.1 detected by time-resolved absorption spectroscopy”,
The 14th International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22) Edinburgh, UK.
9. M. Sugisaki, K. Yanagi, R. J. Cogdell, and H. Hashimoto: “Ultrafast coherent optical response ina β-carotene homologue”, The 14th International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22)
Edinburgh, UK.
10. P. Molnár, H. Hashimoto, and G. Tóth: “Comparison of optical absorption-, Raman- and
FT-IR-spectroscopic data of several natural and semisynthetic (all-E)-carotenoids”, The 14th
International Symposium on Carotenoids (2005, July 17-22) Edinburgh, UK.
11. R. Nakamura, P. Wang, R. Fujii, Y. Koyama, H. Hashimoto and Y. Kanematsu: “Vibrational
relaxation pathways in the electronic excited state of carotenoid”, 15th International Conferenceon Dynamical Processes in Exited States of Solids (2005, August 1-5) Shanghai, China
12. H. Hashimoto, K. Yanagi, A. T. Gardiner, A. W. Roszak, and R. J. Cogdell: “Stark spectroscopyon the native and reconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteria”, 6thInternational Conference on Tetrapyrrole Photoreceptors in Photosynthetic Organisms (2005,
September 11-16) Lucerne, Switzerland.
13. M. Sugisaki: “Electronic and Vibronic Coherence in β-carotene and its homologue”, International
Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena (2005 December 6-8) Osaka,
Japan.
14. R. Fujii: “Triplet states of carotenoids having shorter conjugation lengths reconstituted into thereaction centre of Phodobacter sphaeroides R26.1 detected by time-resolved absorption
spectroscopy”, International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena(2005 December 6-8) Osaka, Japan.
15. T. Kusumoto R. Fujii, T. Sashima, R. J. Cogdell, A. T. Gardiner, and H. Hashimoto:“Nanosecond Time-resolved Absorption Spectroscopy of a Polar Carotenoid Analogue”,
International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena (2005 December
6-8) Osaka, Japan.
16. T. Izumi. T. Kusumoto R. Fujii, and H. Hashimoto: “Redox States of a Polar Carotenoid
Analogue Detected by Amperometrical Absorption Spectroscopy”, International Workshop on
Photosynthetic Antennae and Coherent Phenomena (2005 December 6-8) Osaka, Japan.
17. M. Fujiwara, M. Maruyama, M. Sugisaki, K. Kuroyanagi, H. Takahasi S. Aoshima, Y. Tuschiya,
and H. Hashimoto: “Linear and Nonlinear Optical Properties of a Single Crystal of N-benzyl
2-methyl-4-nitroaniline”, International Workshop on Photosynthetic Antennae and Coherent
Phenomena (2005 December 6-8) Osaka, Japan.
4.

学会・研究会講演
1. 藤原正澄，柳和宏，丸山稔，杉崎満，黒柳和良，高橋宏典，青島紳一郎，土屋裕，橋本
秀樹：「N-benzyl MNA単結晶の二次非線型光学特性」日本物理学会 第60回（2005年）年

19次大会，2005年3月24日〜27日，東京理科大学 野田キャンパス
2. 杉崎満，柳和宏，橋本秀樹：「β-カロテンホモログ体における超高速光学応答」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会，2005年3月24日〜27日，東京理科大学 野田キャンパス
3. 柳和宏，杉崎満，橋本秀樹：「βカロテンホモログ体における電場変調吸収分光(II) 」日
本物理学会 第60回（2005年）年次大会，2005年3月24日〜27日，東京理科大学 野田キャンパス
4. 岡田明，赤井一郎，鐘本勝一，唐沢力，橋本秀樹，木村睦：「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性」日本物理学会 第60回（2005年）
年次大会，2005年3月24日〜27日，東京理科大学 野田キャンパス
5. 小澄大輔，小向牧人，橋本秀樹，吉澤雅幸：「3準位電子系の超高速光学応答II：波長可変励起光によるβ-カロテンの光誘起過渡吸収」日本物理学会 第60回（2005年）年次大会，
2005年3月24日〜27日，東京理科大学 野田キャンパス
6. 中川勝統，西村絵美，鈴木聡，藤井律子，柳和宏，橋本秀樹，南後守：「光合成膜でのアンテナ系タンパク質／色素複合体（LH1）とカロテノイドとの再構成体に対する電場
変調吸収分光法」第54回高分子学会年次大会，2005年5月25日〜27日，パシフィコ横浜
7. 中川勝統，西村絵美，鈴木聡，藤井律子，柳和宏，橋本秀樹，南後守：「光合成膜のアンテナ系タンパク質／色素複合体（LH1）とカロテノイドとの再構成体に対する電場変調吸収分光法」第5回日本光合成研究会シンポジウム，2005年5月28日〜29日，名古屋大学 野依記念学術交流館
8. 丸山稔、増田詩人：「ファセット形成過程とラフ方位の曲率発展」第34回結晶成長国内
会議 2004年8月25-27日 東京農工大学
9. Q. Wang，Y. Han，X. Wen，P. Hu，廣田才之，橋本秀樹：「マウス免疫機能におけるカロテノイド類の効果」第19回カロテノイド研究談話会，2005年9月9日〜10日，東京大学 山上会館
10. 井上弘明，本多由美子，関本邦敏，横山次郎，上野隆嗣，富田純史，長田祥二，橋本秀樹，村越倫明，廣田才之：「ビタミンA欠乏系ラットに投与したカロフィルレッド、カロ
フィルピンクの代謝の影響」第19回カロテノイド研究談話会，2005年9月9日〜10日，東京大学 山上会館
11. 吉澤雅幸，小澄大輔，小向牧人，柳和宏，橋本秀樹：「共鳴および非共鳴励起によるβカロテンの初期緩和過程および超高速光学応答の研究」第19回カロテノイド研究談話会，2005年9月9日〜10日，東京大学 山上会館
12. 小澄大輔，柳和宏，橋本秀樹，吉澤雅幸：「共役長が異なるカロテノイド類の超高速光学応答」第19回カロテノイド研究談話会，2005年9月9日〜10日，東京大学 山上会館
13. 藤井律子，清水麻登香，西尾友宏，楠本利行，H. A. Frank, R. J. Cogdell, 橋本秀樹：「短い共役鎖をもつカロテノイドの光保護作用−光反応中心複合体における三重項状態の検出」第19回カロテノイド研究談話会，2005年9月9日〜10日，東京大学 山上会館
14. 柳和宏，橋本秀樹：「βカロテンホモログ体の吸収スペクトルにあたえるexchange narrowingの影響」第19回カロテノイド研究談話会，2005年9月9日〜10日，東京大学 山上会館
15. 小澄大輔，柳和宏，橋本秀樹，吉澤雅幸：「ポリエン共役長が異なるカロテノイド類の時間分解発光分光」日本物理学会 第59回秋季大会，2005年9月19日，同志社大学 京田辺
キャンパス
16. 藤井律子，清水麻登香，西尾友宏，楠本利行，H. A. Frank, R. J. Cogdell, 橋本秀樹：「光合成光反応中心複合体に再構築したカロテノイドへの三重項エネルギー移動」日本物理学会 第59回秋季大会，2005年9月19日，同志社大学 京田辺キャンパス
17. 岡田明，赤井一郎，鐘本勝一，唐沢力，橋本秀樹，木村睦：「ナノスター型光捕集性デンドリマーのエネルギー伝達ダイナミクスの温度依存性Ⅱ」
18. A. Cahoon, M. Maruyama and J.S. Wettlaufer: “Growth-Melt Asymmetry in Ice”, APS March

20

Meeting, March 21-25, 2005, Los Angeles.
解説
1. 橋本秀樹，藤井律子，杉﨑 満，“物質・現象・新技術(5) 有機・バイオ-光合成アンテナ
色素蛋白複合体・カロテノイド・超高速レーザー分光”, Optronics 5月号 (2005) pp.159-169.
その他
1. Hideki Hashimoto: “Molecular Architecture of Native and Reconstructed Pigment-protein
Complexes of Purple Photosynthetic Bacteria”, June 28, 2005, LaSIE Seminar (Osaka University,
Sept. Appl. Phys.)研究助成金取得状況
1.
2.
3.
4.

5.
6.

橋本 秀樹：科学技術振興機構・さきがけ研究「光合成系の人為操作及び光反応制御」8,000万円
橋本 秀樹：日本学術振興会・基盤研究(A)(2)「人工光合成色素蛋白複合体超分子配列の機能統御」5,000万円
橋本 秀樹：文部科学省・萌芽研究「酸化還元電位サイクルに同期した新しい超高速時間
分解吸収分光装置の開発」500万円
橋本秀樹：科学技術振興機構・戦略的国際科学技術協力推進事業（日英協力）ナノ空間に配列させた光合成色素蛋白超分子複合体間における超高速励起エネルギー移動過程の
実時間動画撮影技術の確立」3,000万円
杉﨑 満：学術振興会・若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」50万円
杉﨑 満：島津科学技術振興財団・研究開発助成「青色極超短パルス光発生装置を用いた
光合成コヒーレントプロセスの解明」80万円

海外出張および海外研修
1.

2.

3.
4.

5.

6.

7.

橋本秀樹：米国（アリゾナ州立大学，コネチカット大学，Woods Hole），2005年4月5日〜4月19日，アリゾナ州立大学で集中講義，コネチカット大学で共同実験の実施，第22回
米国東部地区光合成会議で研究発表
藤井律子：米国（アリゾナ州立大学，コネチカット大学，Woods Hole），2005年4月5日〜4月19日，アリゾナ州立大学で講義補助，コネチカット大学で共同実験の実施，第22回
米国東部地区光合成会議で研究発表
橋本秀樹：英国（シェフィールド大学，グラスゴー大学），2005年6月5日〜6月13日，戦略的国際科学技術協力推進事業に関する研究打ち合わせ及びセミナー発表
橋本秀樹：英国（エディンバラ国際会議場，グラスゴー大学），2005年7月17日〜7月31日，第14回国際カロテノイドシンポジウムで招待講演及び戦略的国際科学技術協力推進
事業に関する研究打ち合わせ
杉﨑満：英国，イタリア（エディンバラ国際会議場，ミラノ工科大学），2005年7月15日〜7月31日，第14回国際カロテノイドシンポジウムで研究発表及びミラノ工科大学で講演，
研究打ち合わせ藤井律子：英国，ドイツ（エディンバラ国際会議場，ミュンヘン大学），2005年7月17日〜8月24日，第14回国際カロテノイドシンポジウムで研究発表及びミュンヘン大学において共同実験
橋本秀樹：英国，スイス（グラスゴー大学，ルッツェルン），2005年9月5日〜9月16日，
戦略的国際科学技術協力推進事業に関する研究打ち合わせ及びテトラピロール化合物に関する国際会議で研究発表

21

8.

橋本秀樹：フランス，英国（CEAサックレー生物物理学研究所，グラスゴー大学），2005
年11月2日〜11月10日，CEAサックレー生物物理学研究所でセミナー発表及び戦略的国際
科学技術協力推進事業に関する研究打ち合わせ

その他
1.
2.

橋本秀樹：日本カロテノイド研究会幹事役員，Carotenoid Science編集委員長
橋本秀樹：国際カロテノイド学会Council Member, Secretary22素励֬物理学研究室
坪田༃木誠  教授正人 講師

P. Louis(PD)R. Hanninen(PD)金本 理奈(PD)小林未知数(D3)三હ
ຕ(D2)星原 庸平(M2)
神野 大典(M2)竹内藤山

宏光(M1)
将士(M1)

研究概要
1. Twistedvortexstate（ねじれた量子渦状態）の発見（坪田、Hanninen）
回転容器中のଵ流動液体の平衡状態では，量子渦が回転ࡃ方向に整列した渦格子が形成されることが知られている．しかし，実際に容器中の渦が回転下でどのようにして渦の無い領域に広がり，渦格子を作るのかは謎であった．我々は，フィンランドのヘルシンキ工科大学との共同研究により，回転する円筒容器中のଵ
流動ヘリウム３のB相において，容器の端に注入された渦が，回転しねじれながら渦の無い領域に広がってゆくTwistedvortexstateの美しいӕをӕ析‫ڐ‬算，数値‫ڐ‬算により発見し，NMR実験によって確認した．本研究はPhysicalReviewLetters６月２日号の表紙に取り上げられた．
2. 回転する二成分ボース凝縮体のブージャム（坪田、竹内）
異方的ଵ流体ヘリウム３では，その多数の秩序変数の存在を反映して，多彩な量子渦やソリトン，テクスチャーが存在することが知られており，1970年代から膨大な研究が積み上げられて来た．一方，1995年に実現した中性原子気体ボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)は，最先端の光学技術により，原子間相互作用が可変で，凝縮体の直接可視化が可能であるという，従来の物性物理の系には無い，驚くべき特徴をもつ．しかし，ଵ流動ヘ
リウム３の研究と，原子気体BECの研究にはこれまでほどんと接点が無かった．我々は，ଵ流動ヘリウム３で得られた知見を原子気体多成分BECに持ち込み，様々な位
相欠陥やテクスチャーの実現と観測を行うという戦略をたてている．その手始めに，２成分BECにおいてブージ
ャムの研究を行った．ブージャムとは，本来秩序相の境界のみに現れうる位相欠陥で，ଵ流動ヘリウム３では回転するA相とB相の境界に現れると信じられている．我々
は，成分間相互作用を調節することにより，渦芯の無い
continuousな量子渦が渦芯のあるsingularな量子渦に分岐・遷移するところで，ブージャムが発生することを示した（右図）．

23

3. 交流ଵ流動流れ場中の量子渦の運動（坪田，Hanninen）
現在世界的に関心が持たれている，振動物体によって作られるଵ流動乱流実験に関連して，交流流れ場中の量子渦の運動を調べた．交流流れ場の振動数に共鳴してケルビン
波が励֬され，流れ場の強さを増すと，多数の渦の再結合および生成が֬こり，実験結
果と定性的に符合する結果を得た．
4. 渦輪が作るଵ流動乱流（坪田，三ૌ）
英国，ランカスター大学のグループは，ଵ流動ヘリウ
ム３-B中で振動格子が作るଵ流動乱流の実験を行い，右
図のように，生成渦輪の密度が希薄なときはただ渦輪がバリスティックに伝播するだけだが，密度が濃くなると渦輪が再結合して渦タングルに成ସし，乱流状態を形成するというシナリオを提案した．我々はランカスター大
学からの依頼をうけてこの状況の数値‫ڐ‬算を行い，確かに彼等のシナリオが正しいことを証明した．現在，数値‫ڐ‬算と実験結果の詳細な比Ԕ検討を行っている．
5. 回転下ボソン-フェルミオン混合状態（坪田，金本）
ボース凝縮体とノーマルなフェルミ粒子からなる系において、回転振動数および成分間相互作用に依存した基底状態を明らかにした。相互作用が比Ԕ的弱いときは、ボース
凝 縮体 は 量 子渦 格 子 を形 成 し、 そ の 渦芯 を フェ ル ミ 粒子 が 埋 め、 maximum-densitydroplet状態を形成する（これは量子ドットの分野で知られている構造である）。相互作用が増すと、相分離が֬こりフェルミ粒子はボース凝縮体の外側を占める。

教育・研究業績
学術論文
1. A. P. Finne, V. B. Eltsov, G. Eska, R. Hanninen, J. Kopu, M. Krusius, E.V. Thuneberg, and M.
Tsubota: “Vortex Multiplication in Applied Flow: A Precursor to Superfluid Turbulence”, Phys.
Rev. Lett. 96, 085301(1-4) (2006).
2. R. Kanamoto, M. Tsubota: “Phase separation of a fast rotating Boson-Fermion mixture in
the lowest-Landau-level regime”, Phys. Rev. Lett. 96, 085301(1-4)(2006).
3. V. B. Eltsov, A. P. Finne, R. Hanninen, J. Kopu, M. Krusius, M. Tsubota and E. V. Th
uneberg: “Twisted Vortex State”, Phys. Rev. Lett. 96, 215302(1-4)(2006).
4. H. Takeuchi, M. Tsubota: “Boojums in Rotating Two-component Bose-Einstein Condensates”, J.
Phys. Soc. Jpn. 75, 063601 (1-4) (2006).
5. R. Kanamoto, H. Saito, M. Ueda,: “Critical fluctuations in a solitons formation of attractive
Bose-Einstein condensates”, Phys. Rev. A73, 033611(1-13) (2006).
6. K. Kasamatsu, M. Tsubota: “Modulation instability and solitary wave formation in twocomponent Bose-Einstein condensates”, Phys. Rev. A74, 013617(1-14) (2006).
7. A. Mitani, M. Tsubota: “Self-organization of vortex-length distribution in quantum turbule
nce: An approach based on the Barabaasi-Albert model”, Phys. Rev. B74, 024526(1-4)(2006)
8. M. Tsubota: “Quantized vortices in superfluid helium and Bose-Einstein condensates”, Jou
rnal of Physics: Conference Series 31, 88-94 (2006).
9. M. Tsubota: “Superfluid turbulence and dynamics of quantized vortices”, Proceedings of the
IUTAM Symposium on Elementary Vortices and Coherent Structures: Significance in
Turbulence Dynamics, pp. 341-354 (2006).
10. A. Mitani, M. Tsubota and W. F. Vinen: “Decay of quantum turbulence by Kelvin wave
cascade”, Proceedings of the IUTAM Symposium on Elementary Vortices and Coherent
Structures: Significance in Turbulence Dynamics, pp. 355-360 (2006).

24

国際会議講演1.
M. Tsubota, “Numerical Analysis of Quantum Turbulence” (Invited), ULTI Users Meeting
Quantum Phenomena at Low Temperatures, Lammi Finland, 2006. 4.21-26
2. S. Fujiyama, “The vortex pinning at 0K”, ULTI Users Meeting "Quantum Phenomena at Low
Temperatures", Lammi Finland, 2006. 4.21-26
3. H. Takeuchi, “Phonon Emission from a Speckle Potential Rotating in an Atomic-Gas BoseEinstein Condensate” and “Boojums in Rotating Two-Component Bose-Einstein Condensates”,
ULTI Users Meeting “Quantum Phenomena at Low Temperatures", Lammi Finland, 2006. 4.2126
4.
M. Tsubota, “Numerical Study of Quantum Turbulence” (Invited), Conference "Condensed
Matter and Materials Physics (CMMP2006)" (Invited), Institute of Physics, Exeter UK, 2006.
4.20
5.
M. Tsubota, “Numerical Study of Quantum Turbulence” (Invited), Warwick Turbulence
Symposium: Workshop on: Universal features in turbulence: From quantum to cosmologicalscales, University of Warwick, MRC, England, 2005. 12.5-10
6. M. Kobayashi and M. Tsubota, “Dissipation of Quantum Turbulence Coupled With Thermal
Excitations”, Warwick Turbulence Symposium : Workshop on: Universal features in turbulence:
From quantum to cosmological scales, University of Warwick, MRC, England, 2005. 12.5-10
7. A. Mitani and M. Tsubota, “Self-organization of vortex length distribution in decaying superfluid
turbulence”,Warwick Turbulence Symposium : Workshop on: Universal features in turbulence:
From quantum to cosmological scales, University of Warwick, MRC, England, 2005. 12.5-10
学会・研究会講演
1. P. Louis, 坪田誠：「"Dirty" bosons in disordered optical potential」日本物理学会2006年春
季大会 愛媛大学・松山大学
2.
小林未知数，坪田誠：「熱揺らぎと結合したGPモデルにおけるଵ流動乱流の減衰機構」
日本物理学会2006年春季大会 愛媛大学・松山大学
3.
三ૌຨ，坪田誠：「減衰ଵ流動乱流におけるベキ乗則渦糸ସ分布の発現メカニズム」日
本物理学会2006年春季大会 愛媛大学・松山大学
4. R. Hanninen，三ૌຨ, 坪田誠：「Vortex dynamics in helium superfluids 日本物理学会2006
年春季大会 愛媛大学・松山大学
5.
笠松健一，坪田誠：「回転光格子中のボース凝縮体における量子渦の振る舞い」日本物理学会2006年春季大会 愛媛大学・松山大学
6.
竹内宏光, 坪田誠：「回転する2成分ボース凝縮体におけるブージャム」 日本物理学会2006年春季大会 愛媛大学・松山大学
7.
三ૌຨ：「コルモゴロフଵ流動乱流中における渦糸ସ分布の自己生成」 京ற大学 数理ӕ析研究所 共同研究集会「混合、化学反応、燃焼の流体力学」2006. 1. 11-13
8.
小林未知数：「量子乱流における慣性領域とコルモゴロフ則」 京ற大学 数理ӕ析研
究所 共同研究集会「混合、化学反応、燃焼の流体力学」2006. 1. 11-13
9.
坪 田 誠 ： 「 Quantum Fluid Dynamics in Superfluid Helium and Atomic Bose-Einstein
Condensates」(Invited)文科省特定領域研究「スーパークリーン物ࡐで実現する新しい量
子相の物理」領域発ੰ研究会，東京大学 2005. 12.15-16．
10. 坪田誠：「Numerical Study of Quantum Turbulence」 Lancaster University, UK, 2006. 4.18
11. 坪田誠：「Introduction of the physics of quantized vortices」 文科省特定領域研究「スーパークリーン物ࡐで実現する新しい量子相の物理」A03，A04班合同研究会 京ற関西
セミナーハウス 2006. 5.25-27

25

12. 小林未知数：「Dynamics and Statistics of Quantum Turbulence in Quantum Fluid」文科省特定領域研究「スーパークリーン物ࡐで実現する新しい量子相の物理」A03，A04 班合同
研究会 京ற関西セミナーハウス 2006. 5.25-27

学位論文
博士論文
1. 小林未知数：「ランダムポテンシャル中におけるボースଵ流体のボース・アインシュタイン凝縮とଵ流動，および極低温における量子乱流のダイナミクスと統‫ڐ‬則」
修士論文
1.
星原庸平：「Bose-Einstein凝縮体で実現するブラックホールのHawking輻射」
2.
神野大典：「回転するアルカリ原子気体のボース・アインシュタイン凝縮体のダイナ
ミクス：原子間相互作用の影‫؜‬と準安定渦格子パターン」

研究助成金取得状況
1.
2.
3.
4.

坪田誠：日本学術振興会・科研費基盤研究(B)「ଵ流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝縮系における量子渦の物理」690万円
坪田誠：文൉科学省特定領域研究「スーパークリーン物ࡐにおける新しい量子相の物理」‫ڐ‬画研究「量子渦の物理と新しいଵ流動乱流の研究」1,940万円
P. Louis：日本学術振興会特別研究員奨励費 120万円
小林未知数：日本学術振興会特別研究員奨励費 90万円

その他
1.

坪田誠：日本物理学会代議員

26

宇宙線物理学研究室

川上三郎
教授
林 嘉夫 助教授
荻尾彰一
講師
松山 利夫 技術職員
(システム計測室)
小島 浩司(客員教授)

田中 秀樹 (研究員)
野中 敏幸 (D3)大嶋 晃敏 (D2)松本祐輔（M2）
松本慶一郎(M2)清水伸明（M2）

奥田剛司（M1）
林 潔晃 (M1)
南野真容子(M1)
山岡美緒 (B4)

研究概要
１．宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上，林(嘉)，荻尾，松山，小島，田中，
野中，大嶋，松本(慶)，松本(祐)，清水，奥田，林(潔)，南野，山岡）
インド・デカン高原南部のOotyで，タタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っている。このために大規模空気シャワー観測装置の建設・運転を継続中である。今年度は新規に開発した dual PMT type(1m２，厚さ 2cm，WLS fiber)のシンチレーション検出器を３０台追加した。これにより，現在シンチレーション検出器約 310 台および４基のミューオン検出
装置（合計 560m２，＞1GeV）でデータ収集を行っており，データを蓄積しつつ解析を進めている。この様にして得られた空気シャワーの観測結果を解析した結果はインド中部Puneで開かれた第２９回宇宙線国際会議で公表した。
２．太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上，林(嘉)，荻尾，松山，小島，田中，野中，大嶋，松本(慶)，松本(祐)，清水，奥田，林(潔)，南野，山岡）
Ooty の大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を用いて，数十 GeV の一次宇宙線の時間変動を高精度で方向別に観測を続け，約４年間のデータの蓄積を得た。これらのデータの解析結果から太陽表面フレアに伴って起こる地球でのフォーブッ
シュ減少や磁気嵐に先立って宇宙線強度が減少する現象を定量的に示し，磁場構造との関連を解明したし，学位論文（野中）として公表した。
３．L3+Cosmic 実験（川上，林(嘉)）L3+C 実験はＣＥＲＮ（ヨーロッパ高エネルギー物理学研究所）において LEP（Large
Electron Collider）のＬ３実験で用いられた高エネルギーミューオンの運動量を精密に測定する装置を使用して、空気シャワー観測装置と連動した，宇宙線中の高エネルギーミューオン（15GeV〜1TeV）の測定を行った。実験装置,解析結果及び公表論文などに関しては同研究所の L3C のホームページに紹介されている。(http://l3cosmics.cern.ch:8000/l3c.www)27

L3+C実験は完了していて現在はデータ解析とまとめが行われている．解析の主なテーマ
としては 1013ｅV〜１0１６eVにおける一次宇宙線の化学的成分の測定，50GeV〜１TeVの大気ミューオンのエネルギースペクトラム，ミューオン荷電比，月の影を利用した高エネルギ
ー宇宙線反陽子の強度観測，太陽フレアに伴うGLE現象における高エネルギーミューオンの観測などが対象となっている。今年度は月の影を利用した高エネルギー宇宙線反陽子の強度に関する論文を公表した。
４．新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上，林(嘉)）ヒマラヤのハンレーにおける高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査，検討するために，タタ研究所を訪れ，今後の共同研究の進め方について議論を行った．その結果出来るだ
け早期に 3m 口径のチェレンコフ望遠鏡を導入することが合意された。
5．宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project) （川上，林(嘉)，荻尾，松山，小島，田中，
野中，大嶋，松本(慶)，松本(祐)，清水，奥田，林(潔)，南野，山岡）
宇宙線望遠鏡計画は最高エネルギー領域（〜＞1020eV）の宇宙線を，広大な面積を持つ（〜1000km2）空気シャワー観測装置をユタ州のミラード郡に設置し，観測しようとする計画である。観測装置の建設には 4 年を要する。この宇宙線望遠鏡は空気シャワー観測装置としては世界最大であったAGASA（東京大学宇宙線研究所付属明野観にある超大空気シャワー観測装置；現在は終了）の１０倍の規模を持ち，統計精度の良いデータの収集が期待されている。地表検出器はシンチレーション検出器約 500 台を使用し，主として大阪市立大学がこの部分の開発・製作を担当している。この他に，大型の固定式蛍光望遠鏡３６台により空気シ
ャワーが大気中を発達する様子を精密に測定し，一次宇宙線の核種やエネルギーなどを測定する。平成 15 年度から 6 年間の予定で特定領域研究（科研費）が採択され，東京大学宇宙線研究所を中心として多くの大学が参加している。
平成１７年度には２台の大気蛍光望遠鏡が完成し，宇宙線事象の検出に成功し，観測を続けている．日本国内において，望遠鏡，地表検出器の製造が進められており，２００６年度
中に設置を完了して，２００７年度から本観測が開始される予定である．

教育・研究業績
学術論文
1.Y. Hayashi, S. Kawakami, H. Kojima, T. Nonaka, A. Oshima, H. Tanaka et al:"A large area muon tracking detector for ultra-high energy cosmic ray astrophysics the GRAPES-3 experiment", Nuclear Instruments and Methods in Physics
Research A, 545 643-657 (2005).

2.P. Achard, Y. Hayashi, S. Kawakami et al:"Measurement of the shadowing of high-energy cosmic rays by the Moon: A search for
TeV-energy antiprotons",
Astroparticle Physics, Volume 23, 4, 411-434(2005)

28

国際会議

1.T. Nonaka et al:"Short Term Variations of Galactic Cosmic Rays Observed with GRAPES-3
Muon Telescopes", Proceedings of the 29th International Cosmic Ray Conference (Pune), 1,
359-362 (2005).
2.T. Nonaka et al: "Simultaneous Detection of the Loss-Cone Anisotropy with Ooty and Akeno
Muon Telescopes.", Proc. of the 29th ICRC (Pune), 1, 363-366 (2005).
3.H. Kojima et al:"A study of sidereal anisotropy of Cosmic rays with GRAPES-3 Muon
Telescopes", Proc. of the 29th ICRC (Pune), 2, 81-84 (2005).
4.A. Oshima et al:"Tests of PMT uniformity for the GRAPES-3 experiment", Proc. of the 29th
ICRC (Pune), 5, 335-338 (2005).
5.P.K. Mohanty et al:"Angular Resolution of the GRAPES-3 EAS Array for UHE Gamma-Ray
Astronomy", Proc. of the 29th ICRC (Pune), 6, 21-24 (2005).
6.H. Tanaka et al:"A detailed study on nuclear composition of primary cosmic rays around theknee with GRAPES-3", Proc. of the 29th ICRC (Pune), 6, 209-212 (2005).
7.Y. Hayashi, et al"GRAPES-3 Experiment", Proc. of the 29th ICRC Highlight lectures (Pune),10, 243-254 (2005).
8.H. Tokuno et al: “Calibration of The Telescope Array Air Fluorescence Detector”,

Proc. ofthe 29th ICRC (Pune), 8, 221-224 (2005).
9.A. Taketa et al.: “Data Digitization and Fluorescence Signal Recognition for Telescope Array
Experiment”, Proc. of the 29th ICRC (Pune), 8, 209-121 (2005).
10.Y. Tameda, et al.: “Trigger Electronics for the TA Fluorescence Detector”, Proc. of the 29th
ICRC (Pune), 8, 225-228 (2005).
11.S. Ogio, et al.: “Measurement of Chemical Composition Using Telescope Array”, Proc. of the
29th ICRC (Pune), 8, 229-232 (2005).
12.M. Chikawa, et al.: “Atmospheric Monitoring with LIDAR method for the TA Experiment”,
Proc. of the 29th ICRC (Pune), 8, 137-140 (2005).
13.S. Machida, et al.: “Atmospheric Monitoring Using Radiosonde Data for TA“, Proc. of the
29th ICRC (Pune), 8, 169-172 (2005).
14.M. Fukushima, et al.: “Telescope Array;Status and Prospects”, Proc. of the 29th ICRC (Pune),
8, 141-144 (2005).
15.S. Ogio, et al.: “Telescope Array; Progress of Fluorescence Detector”, Proc. of the 29th ICRC
(Pune), 8, 173-176 (2005).
16.H. Sagawa, et al.: “Telescope Array; Progress of Surface Array”, Proc. of the 29th ICRC
(Pune), 8, 181-184 (2005).

29

学会・研究会講演野中敏幸： GRAPES-3 ミューオン望遠鏡による ロスコーン型前兆減少の研究(A Study of Loss-Cone Precursor Decrease with GRAPES-3 MuonTelescopes)
日本物理学会2005 年秋季分科会(9 月 12 日〜15 日) 大阪市立大学

１．小島浩司：大面積高精度 muon 望遠鏡による方位別宇宙線強度変動の研究(4)２．野中敏幸：GRAPESIII Muon Telescopes による 宇宙線強度変動の観測(7)（短期的強度変動の観測）
３．田中秀樹：Ooty 空気シャワー実験 21 (一次宇宙線原子核組成)
４．荻尾彰一：ＴＡ実験９０：全体報告
日本物理学会

第 61 回年次大会(2006 年 3 月) 愛媛大学

１．野中敏幸：GRAPES-3−明野観測書簡でのミューオン望遠鏡による宇宙線強度変動の同時観測(1)
２．野中敏幸：高統計精度ミューオン望遠鏡による宇宙線強度短期変動の観測
３．小島浩司：大面積高精度 muon 望遠鏡による方位別宇宙線強度の研究（5）４．荻尾彰一：ＴＡ実験９９：大気蛍光望遠鏡全体報告
平成 17 年度共同利用研究成果発表研究会 東京大学宇宙線研究所
野中敏幸：大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度変動の研究「太陽圏シンポジウム・ＳＴＥ研究集会」名古屋大学
野中敏幸：銀河宇宙線強度変動の観測による宇宙天気予報「地文台によるサイエンス」甲南大学
荻尾彰一：テレスコープアレイ実験

学位論文
博士論文
修士論文
１．松本慶一郎：ミューオン望遠鏡のよる銀河宇宙線強度の短期変動についての研究２．松本

祐輔：銀河面からの TeV ガンマ線の探索

研究助成金取得状況
１. 林 嘉夫：学術振興会・基盤研究（B）（270 万円）「高エネルギー一次宇宙線の化学的組成と点源探索および恒星時異方性の研究」

30

２．川上三郎：文部科学省・特定研究（14,600 万円）「地表検出器の開発と AGASA 検出器による較正」
３．川上三郎：東京大学宇宙線研究所共同利用予算（60 万円）「大型ミューオンテレスコープによる銀河宇宙線強度の観測」

海外出張および海外研修
１．林嘉夫：インド・タタ研究所，プーナ大学，空気シャワー観測による超高エネルギー
ガンマ線源と宇宙線化学組成の研究，2005年7月30日〜2005年11月8日

２． 川上三郎：インド・タタ研究所，プーナ大学，第２９回宇宙線国際会議出席・発表，研究打ち合わせ，2005年8月1日〜2005年8月17日
３．川上三郎：インド・タタ研究所，インド･天文物理学研究所，新しい日印宇宙線共同研
究についての打ち合わせ，2006年1月9日〜22日
４．荻尾彰一：アメリカ・ユタ，テレスコープアレイの建設，2005 年 6 月 29 日〜2005 年 7 月 13 日
５．荻尾彰一：インド・プーナ大学，第２９回宇宙線国際会議出席・発表，2005年8月1日〜2005年8月12日
６．田中秀樹：アメリカ・ユタ，テレスコープアレイの建設，2005 年 6 月 29 日〜2005 年 7 月 13 日
７．田中秀樹：インド・タタ研究所，プーナ大学，第２９回宇宙線国際会議出席・発表，研究打ち合わせ，2005年7月31日〜2005年8月18日
８．野中敏幸：インド・タタ研究所，プーナ大学，第２９回宇宙線国際会議出席・発表，研究打ち合わせ，，2005年7月31日〜2005年8月18日
９．奥田剛司：アメリカ・ユタ，テレスコープアレイの建設，2005 年 11 月 14 日〜2005 年 12 月 1 日
１０．奥田剛司：アメリカ・ユタ，テレスコープアレイの建設，
2006年1月23日〜2006年3月22日

その他
１．川上三郎：ＣＲＣ実行委員長
２．川上三郎：東京大学宇宙線研究所共同利用運営委員
３．川上三郎：大阪大学原子核物理センター運営委員
４．荻尾彰一：日本物理学会代議員

31

32

高エネルギー物理学研究室
奥沢 徹 教授
清矢 良浩 助教授
山本 和弘 講師

脇坂 隆之(M2)柳田 大樹(M1)西川 将史(B4)前田 圭介(B4)

研究概要
1. 陽子・反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢，清矢，山本，脇坂，柳田）
米国フェルミ国立加速器研究所における日米協力研究の一環として，陽子・反陽子衝突型加速器テバトロンと汎用型素粒子検出器CDFを用いた実験を継続遂行した． 本年度においても，世界最高重心系衝突エネルギー1.96TeVでの「Run-II」と呼ばれるデータ収集作業が，シフト体制のもと，24時間・休日無しで順調に行われている．特に加速器ビーム強度は安定して1032 cm−2/sec（例えば，Wボソンを毎秒平均2個生成できる）を超えるようになり，陽子・反陽子衝突型加速器としての世界記録を随時更新している．積分ルミノシティも2006
年3月現在で約1600 pb−1となり，この内，磁気テープに保存されデータ解析に使用可能な分が約1300 pb−1まで蓄積された (図1)．3
月からは加速器保守・増強のため，3ヶ月の予定で運転停止に入っている．
研究内容は大別して，強い相互作用・電弱相互作用・B中間子等フレーバー物理・
トップクォーク・新現象探索であるが，高統計データを用い，続々と新しい結果を得ている．トップクォークは，テバトロン加速器においてのみ生成可能であり，1994年の我々による発見以来，より詳細な研究結
図1：CDFにおける積分ルミノシティ
果が得られつつある．特に，その質量測定
は，粒子の質量起源の鍵を握ると考えられている未発見の中性ヒッグス粒子に対する物理的知見を与えるという意義がある．テ
バトロンでのもう1つの実験（D0実験）と統合した最新結果は

M t = 172.5 ± 1.3(stat) ± 1.9(syst) GeV/c 2となっており，中性ヒッグス粒子質量との関係は右図2に示されている．
さて，我々の研究室が最も力を入れているのは，素粒子物理学の最重要課題の1つである，その中性ヒッグス粒子直接探索であるが，今年度も引き続き精力的に研究を進めた．我々の探索モードは
図2：トップクォーク及びＷボソンの質量測定結果と理論的

pp → Wh0 → WWW * → A ±ν A±ν Xに整合する中性ヒッグス粒子質量範囲で表されるように，W ボゾン随伴生成によるヒッグス粒子がWW * に崩壊し，終状態に同符号の電荷を持つ2つのレプトン（eまたはµ）が現れるという，S/Nの非常に優れたものである．

33

去年度に，193.5 pb−1のデータを用いた探索により，生成断面積上限値という形の結果を得た
が，今年度は、拙速に先に進むことをせず，CDFグループの解析用基幹プログラムの大幅な更新があったのを機会に，我々も大幅な解析環境の変更を行った．具体的には，市大グループとして共通の解析ツールを構築してデータ解析・解析プログラム開発の効率化を図ると共に，ヒッグス粒子探索解析手法の点検・強化を行った．解析環境の中央管理化の効果は直ぐに現れ，初めてCDFのデータ解析に接するM1の学生も，わずか数週間で，最先端のデータか
ら重要な情報を引き出すことができるようになった．ヒッグス粒子探索の方は，背景事象（バックグラウンド又はノイズ）の再評価を行い，また検出効率も再評価すると同時に新しい解析環境・手法の信頼性を確かめるため，
既に良く測定されているZボソン生成断
面積測定を行った．これについてはM2の脇坂がテレビ会議を通じ，フェルミ研究所で行われたヒッグス探索ワークショッ
プにおいて報告した．最新結果によると，
Zボソン生成断面積は5%程度で既知の値と一致し，統計誤差と矛盾しない．これにより，基本的には去年度得た結果と同等の結果を即座に出せる段階になり，解析結果の大幅な更新・改善に向けての準備が整ったことになる．我々以外のグループを含めたヒッグス粒子探索の現在の様子は右図3の通りであり，現時点で我々は最後尾であるが，S/Nの最も良いモードを用いている我々の今後の新しい結果に
図3：CDFで得られたヒッグス粒子探索の結果と理論予測との比較は注目が集まっており，それに答えるべく
来年度は一気に1000 pb−1までの結果に迫る予定である．

2. νμ―ντ振動実験（奥沢）スイス，ジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の解析を継続している．この実験は，ニュートリノの質量の有無を調べることを主目的としている．現在は，原子核写乾板の画像測定はほぼ終了した．この乾板中に記録された反応は，通常のν原子核反応としても扱えるので，これを利用し，チャームクォークの質量の精密計
測，ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文24-26）．

3. ハドロン反応からのペンタクォークΘ＋の探索（山本）高エネルギー加速器研究機構（つくば市）の陽子シンクロトロン施設において，π−ビーム(運動量 pπ- = 1.87GeV/c，1.92GeV/c) をプラスチックシンチレーターアクティブターゲットに入射させたペンタクォークΘ＋探索実験(京都大学，高エネルギー加速器研究機構，岐阜大学，
大阪大学，プサン国際大学との共同研究)のデータ解析を続け，最終結果を学術論文27に発表
した．実験における探索反応過程は π − + p → K − + Θ+ → K − + K + + n であり，より詳しい内
容は昨年度の年次報告を参照されたい．データ解析は p(π − , K − ) 系でのmissing mass (喪失質量)を計算することで行い，もし終状態に特定の粒子が出来ていればピークが立つはずである．
解析結果として図4を得たが，pπ-=1.92GeV/c で 1530MeV/c 2 辺りにバンプが見られる．バン
+7.1
2
2
+1.9
プの中心値と幅はそれぞれ1530.6 +−2.2
1.9 (stat.) −1.3 (syst.)MeV/c ，Γ = 9.8 −3.4 MeV/c (FWHM)であり，

バンプに含まれるイベント数は139 +−86
67 (stat.)±10(stst.)である．ただし統計的有意性は2.5σであり統計揺らぎの可能性も否定できないので，最終的に微分生成断面積(dσ/dΩ)及び全生成断面34

積(σ)の上限値を計算した．90%の信頼度で pπ- = 1.92GeV/c に於いて dσ/dΩ < 2.9µb/sr，σ <3.9µb，及び pπ- = 1.87GeV/c に於いて dσ/dΩ < 1.7µb/sr，σ < 2.1µb を得た．この測定結果を基に理論モデル(参考文献1)と比較を行った結果，図5に見られるように，モデルにおけるΘ＋の構造係数と結合定数にきつい制限を設けることに成功した．今後はより統計の高いデータ取得を目指して，茨城県東海村に建設中の大強度陽子シンクロトロン施設(J-PARC)での次世代実験が計画されている．因みに，本章第1節で報告したCDF実験でも種々のモードのペンタ
クォークの探索が行われおり，参考文献2に現在の解析経過を報告している．

図5：π−p →K−Θ＋反応の生成断面積の上限値と理論

図4：p(π−，K−) 系の missing mass 分布計算との比較．JP，gs，gv はそれぞれスピンパリティ，
スカラー結合定数，ベクター結合定数を表す

参考文献
1. T. Hyodo, A. Hosaka, Phys. Rev. C 72, 055202 (2005)
2. D.O. Litvintsev et al. (CDF Collaboration), Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 142, 374 (2005).

教育・研究業績
学術論文
1.

Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “A Search for scalar bottom quarks fromgluino decays in pp ｃollisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 96, 171802 (2006)

2.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Top quark mass measurement from
dilepton events at CDF II”, Phys. Rev. Lett. 96, 152002 (2006)

3.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of mass and width of theexcited charmed meson states D10 and D2*0 at CDF”, Phys. Rev. D 73, 051104 (2006)

4.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for anomalous semileptonic decayof heavy flavor hadrons produced in association with a W boson at CDFII”, Phys. Rev. D 73, 051101(2006)

5.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of the inclusive jet crosssection using the kT algorithm in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 96, 122001(2006)

35

6.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for second-generation scalar
leptoquarks in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 73, 051102 (2006)

7.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for H → bb produced inassociation with W bosons in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 96, 081803 (2006)

8.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for charged Higgs bosons from top
quark decays in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 96, 042003 (2006)

9.

A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Precision top quark mass measurement in
the lepton + jets topology in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 96, 022004 (2006)

10. A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Top quark mass measurement using thetemplate method in the lepton + jets channel at CDF II”, Phys. Rev. D 73, 032003 (2006)
11. A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for neutral MSSM Higgs bosons
decaying to τ pairs in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 96, 011802 (2006)

12. A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for Bs0 → µ + µ − andBd0 → µ + µ − decays in pp collisions with CDF II”, Phys. Rev. Lett. 95, 221805 (2005)
13. A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of the ratios of branching0

fractions B( Bs0 → Ds−π + ) / B( B 0 → D −π + ) and B( B + → D π + ) / B( B 0 → D −π + ) ”, Phys. Rev. Lett. 96,
191801 (2006)
14. A. Abulencia, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for new high mass particles
decaying to lepton pairs in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett. 95, 252001 (2005)

15. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for Λb0 → pπ − and Λb0 → pK −decays in pp collisions at

s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 72, 051104 (2005)

16. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Search for W and Z bosons in the reaction
pp → 2 jets + γ at

s = 1.8 TeV”, Phys. Rev. D 73, 012001 (2006)

17. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for first-generation scalar leptoquarks
in pp collisions at s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D 72, 051107 (2005)

18. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “A Search for supersymmetric Higgs bosons in
the di-tau decay mode in pp collisions at s = 1.8 TeV”, Phys. Rev. D 72, 072004 (2005)

19. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of the tt production
cross-section in pp collisions at s = 1.96 TeV using lepton plus jets events with semileptonic B
decays to muons”, Phys. Rev. D 72, 032002 (2005)

20. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Measurement of B (t → Wb) / B (t → Wq ) at the collider
detector at Fermilab”, Phys. Rev. Lett. 95, 102002 (2005)
21. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Evidence for the exclusive decay
Bc± → J / Ψπ ± and measurement of the mass of the Bc meson”, Phys. Rev. Lett. 96, 082002 (2006)
22. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of the cross section for tt
production in pp collisions using the kinematics of lepton + jets events”, Phys. Rev. D 72, 052003(2005)
23. D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Measurement of the azimuthal angle distribution of leptons
from W boson decays as a function of the W transverse momentum in pp collisions at s = 1.8
TeV”, Phys. Rev. D 73, 052002 (2006)36

24. A. Kayis-Topaksu, T. Okusawa et al.: “Measurement of topological muonic branching ratios ofcharmed hadrons produced in neutrino induced charged-current interactions”, Phys. Lett. B626, 24-34(2005)
25. G. Onengut, T. Okusawa et al.: “Measurement of nucleon structure functions in neutrino scattering”,
Phys. Lett. B632, 65-75 (2006)
26. G. Onengut, T. Okusawa et al.: “Search for superfragments and measurement of the production of
hyperfragments in neutrino nucleus interactions”, Nucl. Phys. B718, 35-54 (2005)
27. K. Miwa, K. Yamamoto et al.: “Search for Θ+ via π − p → K − X reaction near production threshold”,
Phys. Lett. B635, 72-79 (2006)

学会・研究会講演
1. 奥沢 徹，清矢 良浩，山本 和弘：（実行委員) 日本物理学会2005年秋季大会，2005年9月
12日〜9月15日，大阪市立大学杉本キャンパス
2. 山本 和弘：「Higgs Searches at the Tevatron」(招待講演) 広島ヒグス研究会，2006年1月17日〜19日，広島大学
3. 脇坂 隆之：
「WWW Status」，Higgs Workshop at Fermilab，2006年1月19日〜20日，Batavia，
IL，USA

学位論文
修士論文
1. 脇坂 隆之：「Study of Lepton Selection Cut Efficiency for WH → WWW Analysis」

研究助成金取得状況
1. 日米科学協力事業費

350万円

海外出張および海外研修
1.
2.
3.
4.

清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2005年8月5日〜8月31日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
山本 和弘：米国フェルミ国立加速器研究所，2005年10月18日〜11月11日，陽子・反陽子衝
突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2005年12月3日〜2006年1月9日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2006年3月1日〜4月5日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF

37

重力波実験物理学研究室
神田 展行
高橋 弘毅
粟家 律親
本多 了太
徳田充

教授
(博士研究員)
(M1)
(M1)
(B4)

研究概要
本研究室では国立天文台 TAMA300 との共同実験で、天体からの重力波検出を目的としたデー
タ解析を進めている。以下の項目 1,2,3,4 がこれに該当する。

1. 連星合体重力波の探索（高橋、神田）
中性子星やブラックホールといったコンパクトで十分大きい質量をもつ連星は、重力波探索のもっとも有力な対象である。それらの合体の数秒〜数十秒前に発生するインスパイラル重力波は、正確な波形（振幅含む）が予想されており、マッチドフィルターと呼ばれる方法で選別できる。この方法による TAMA300 重力波検出器の探索レンジは、典型的な中性子星質量 (1.4M ) について、探索レンジは 70kpc を超える。
この解析における星の質量や振幅の決定精度は、検出器雑音の周波数特性と、重力波にたいする周波数応答を示す伝達函数の較正精度によって左右される。ここでは伝達函数の較正パラメーターの測定精度から、最終的に得られる信号／雑音比についての見積（数値シミュ
レーション）を行い、定量的に評価した。インスパイラル重力波については、大きく見積もっても５〜数％の誤差であるという結論を得た。

2. LIGO-TAMA 同時イベント探索 (高橋、神田)
TAMA 実験は米国 LIGO 計画と協定を結んで同時観測をおこなっている。今年度は前年度からひきつづいていた同時イベント探索の結果が公表された [9][10]。TAMA DT8 (LIGO S2)の２か月の期間の同時観測データ中に連星合体と超新星バースト重力波を対象に探索解析された。LIGO S2 と TAMA DT8 の観測データにおいて、LIGO の３台の干渉計のどれか一
つと TAMA が同時観測しているデータは 648 時間ある。
バースト重力波については、LIGO のみでの観測上限値を hRSS > 10−19 の範囲で上回り、
0.1 ∼ 0.2 event/day (C.L.90%) を得ている。
また連星合体については 1 − 3M の質量範囲について、49 event/年 (C.L.90%) の上限値を得た。TAMA, LIGO それぞれで同じ重力波信号を注入するシミュレーションをおこなってのシミュレーションも行われ、両者の重力波信号の相関についても確認されている。

3. ブラックホール準固有振動リングダウン重力波の解析 (神田)リングダウン重力波は、ブラックホール周辺時空の摂動解として予想される準固有振動 (quasinormal mode) によるものであり、捉えればブラックホールの質量と Kerr パラメーターを決定できる。予想される重力波波形は以下のようになる。

h(t) = exp(−πfc t/Q) sin(2πfc t)(1)

ここで、中心周波数 fc と振動の Q 値は、ブラックホールの質量 M と Kerr パラメーター a で決まる (Echeverria(1989))。本研究では、ブラックホールからの重力波にマッチドフィルター
解析 (後述) を適応して、イベントの探索を行ってきた (常定、神田 (2004, 2005))。TAMA 実
データをもちいた疑似信号埋め込みシミュレーションによる研究で、ブラックホール質量の決定精度は、Kerr パラメーターに依存するが典型的な場合で 2 ∼ 20% 程度であるという結38

果を得た [2][3]。これはブラックホールの質量を測る精度としては他の観測方法 (50 ∼ 200%)に比して良いものである。探索は TAMA DT6, 8, 9 各観測データについて行った。リングダウン重力波の支配的な偽信号は、スパイク状の雑音であるが、TAMA 検出器はこの点で改良が進んでいることが反映し、DT9 観測データで最もよくなり、雑音トリガー頻度を 1
ev/day 以下まで低減に成功している。
リングダウン重力波の解析は、世界に先駆けて探索コードの実装や探索上限値を求め、最先端の結果を出している。
100

DT6 diff
DT6 cum
DT8 diff
DT8 cum
DT9 diff
DT9 cum

10
Rate [H ] (SNR > 20)

10

103
102

2003/11/04 (DT9)2003/02/20 (DT8)
2002/08/31 (DT7)
2001/06(DT6)
desigh (phaseII limit)

1-1

Observable Distance with SNR=10 [kpc]Distance of detecting inspirals with SNR=10
4

101

0.1

100
10-1

0.01

10-2
10-3

500
1

10

100

mass of accompanying star [Msolar]

1000

1000

1500

2000

2500

Ringdown Frequency [Hz]図 1: ブラックホール準固有振動 (BH QNM) の探索レンジ

図 2: TAMA におけるリングダウン重力波探索のトリガー数ヒストグラム

4. 多変量クラスターを用いた TAMA300 データのバースト重力波解析（本多）超新星コアからのバースト重力波は、理論予想波形を解析的に求める事が困難で、数値的手法によって予想がなされている。しかし初期条件や境界条件によるため、限られた数の特徴的な波形群が予想できるのみである。本研究は、TAMA データをもとに、周波数、継続時間などの多変量によってバースト重力波を特徴づけて探索を行うものである。今回は着手として、TF クラ
スタを用いた。TF クラスタ解析とは、時間・周波数平面で信号が大きい部分、すなわちクラスタを探し、そのクラスタの形状からノイズを排除し、信号を抽出する手法である。バースト重力波の数値計算による予測波形として、数値予想の DFM 波形を用い、信号とノイズのクラスタ形状の比較を行った（図 3）。バースト重力波の場合は、ズパイク的な非定常ノ
イズが真の重力波信号の誤認の原因となる。今回の試みでは、ノイズとしてデルタ関数とサインガウシアンを仮定した。結果は、全てではないもののほぼ信号とノイズの区別がつくパ
ラメータ範囲が得られた。今後は、信号選別の条件を更に改良し、TAMA300 のデータを解析する。また、ウェーブレットを用いた周波数分解能向上など、多変量クラスタへの応用も考えられる。
5. レーザー干渉計将来計画 LCGT（神田）LCGT は重力波の将来計画で、低温サファイア鏡を特徴として、神岡鉱山の地下に 3km のレーザー干渉計を建設する計画である。現在、検出器の設計や期待される重力波イベントによる解析のプロポーザルを製作中である。本研究室では、重力波イベントの探索レンジや角分布などの基礎的な計算を行い、検出器の満たすべき用件を策定している。
また２台の装置の雑音クロストークの影響をシミュレーションを用いて調べ、全体域での定常的なバルクの雑音が 40% クロストークしたとして、マッチドフィルターが偶然につくる
雑音（ランダムな２台同時イベント）は SNR > 3 で１０倍ほど悪化するという結果を得ている。この研究は、装置の独立性についての要求を決めるためのものである。この結果は、同年の国際会議（9th Gravitational Waves Data Analysis Workshop）にて発表した。

6. DSP を用いた干渉計デジタルフィードバック制御（粟家）テーブルトップのマイケルソン
干渉計をもちいて、その制御ループの一部をデジタル化しての動作を研究した。従来からの39

アナログ回路のみで干渉計を構成した場合に比較して、容易に応答関数を変えたり、高次のフィルタ−を簡単に実装できるのが有利な点と見込まれている。今年度は干渉計のデジタル制御部分に、前年度に用いていた ADC-PC-DAC システムにかわり、より高速で半自立的な動作を実現するために DSP（デジタル信号処理機）を導入した（図 4）。DSP 回路について
は、既製のボードにあった直流遮断特性を回避して直流の出力を行うための改良を施し、低周波数帯での制御を可能にした。また、フィードバック制御において必要となる IIR フィル
タ (チェビシェフ、バタワースフィルタ) の実現と基本特性の測定を行った。干渉計の制御に実際に使用するには、現在の状態ではサンプリングの時間遅れが大きな問題となっており、
またノイズへの対処等が必要となる。

図 3: TF クラスターを用いた TAMA300 デー
タのバースト重力波解析

図 4: DSP を用いた干渉計デジタルフィード
バック制御

DFM 予想波形の TF クラスタ化の例

干渉計制御にもちいた DSP

7. 懸架システムを用いた Michelson 干渉計の制御（徳田）テーブルトップの Michelson 干渉計を用いて、干渉計に及ぼす 100Hz 以上での地面振動雑音をカットすることを目的とし、振り子の機械的ローパスフィルター特性を利用した懸架システムの開発とその制御を行った。懸架システムを用いることで干渉計は防振され、防振によってカットされなかった変位雑音はコイルとマグネットの磁力を利用したアナログ回路を用いてフィードバック制御する。懸架システムとフィードバク系を設計し制御を試みたが、干渉計動作のためには、さらなる防振システムの改善と安定したアナログ回路の製作などの課題を残した。

教育・研究業績
学術論文
1. M Ando et al. the TAMA collaboration, Observation results by the TAMA300 detector
on gravitational wave bursts from stellar-core collapses Phys. Rev. D 71 (2005) 082002
2. Y Tsunesada, N Kanda, H Nakano, D Tatsumi, M Ando, M Sasaki, H Tagoshi, H Takahashi, On Detection of Black Hole Quasi-Normal Ringdowns: Detection Eﬃciency andWaveform Parameter Determination in Matched Filtering, Phys.Rev. D71 (2005) 103005
3. Y Tsunesada, N Kanda, H Nakano, D Tatsumi and the TAMA Collaboration, Black hole
ringdown search in TAMA300: Matched ﬁltering and event selections, Class. Quantum
Grav. 22 No.18 S1129-S1138
4. M Ando, et al. the TAMA collaboration, Upper limits on gravitational wave bursts radiated from stellar-core collapses in our Galaxy, Class. Quantum Grav. 22 No.18 S1283S1291

40

5. T Akutsu, et al. the TAMA collaboration, Burst wave analysis of TAMA300 data with
the ALF ﬁlter, Class. Quant. Grav. 22 No.18 S1303-S1309
6. H Takahashi, et al. LIGO Scientiﬁc Collaboration and the TAMA Collaboration, Current
status of the joint LIGO-TAMA inspiral analysis, Class. Quant. Grav. 22 No 18 S1109S1118
7. Plans for the LIGO-TAMA Joint Search for Gravitational WaveBursts, P Sutton, N Kanda
et al. LIGO Scientiﬁc Collaboration and the TAMA Collaboration, gr-qc 0412123, Class.
Quantum Grav. 21 No 20 S1801-S1807
8. S Telada, D Tatsumi, T Akutsu, M Ando, N Kanda and the TAMA Collaboration, Calibration of TAMA300 in time domain, Class. Quantum Grav. 22 No 18 S975-S984
9. B Abbott et al. (LIGO Scientiﬁc collaboration), T Akutsu at al. (TAMA Collaboration),
Upper limits from the LIGO and TAMA detectors on the rate of gravitational-wave bursts,
Phys. Rev. D 72, 122004 (2005)
10. B Abbott et al. (LIGO Scientiﬁc collaboration), T Akutsu at al. (TAMA Collaboration),
Joint LIGO and TAMA300 search for gravitational waves from inspiralling neutron starbinaries, Phys. Rev. D 73, 102002 (2006)

国際会議会議録
1. Black hole ringdown search in TAMA300: Matched ﬁltering and event selections, Y Tsunesada, N Kanda, Hiroyuki Nakano, Daisuke Tatsumi, the TAMA collaboration, Class.
Quant. Grav. Vol22, No.18 S1129 (2005)
2. Upper limits on gravitational wave bursts radiated from stellar-core collapses in our Galaxy,
M Ando, et al. the TAMA collaboration, Class. Quant. Grav. Vol22, No.18 S1283 (2005)
3. Burst wave analysis of TAMA300 data with the ALF ﬁlter, T Akutsu, N Kanda, et al. the
TAMA collaboration, Class. Quant. Grav. Vol22, No.18 S1303 (2005)

学会・研究会講演
1. 粟家律親 「DSP を用いた干渉計デジタルフィードバック制御」日本物理学会
第 61 回年次大会 愛媛大学・松山大学

2006 年春

2. 本多了太 「多変量クラスターを用いた TAMA300 データのバースト重力波解析」日本物理学会 2006 年春 第 61 回年次大会 愛媛大学・松山大学
3. 神田展行：”Current status of burst gravitational wave analysis of TAMA300 data”, 6th
Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves （重力波に関する第 6 回アマルディ
国際会議）2005 年 6 月 20 日 沖縄
4. 神田展行：”Status of TAMA300”, 10th Gravitational Waves Data Analysis Workshop（重力波源データ解析国際会議, 第１０回）2005 年 12 月 14 日 米国テキサス州ブラウンズビル
註：上記は登壇者が当研究室のものに限る。

その他
1. 神田展行：「星からのさざ波」 2005 年 6 月 21 日「市民公開講座」アインシュタインの夢
重力波でみる宇宙」における講演 主催：重力波国際委員会／重力波に関する第 6 回アマルディ国際会議後援：沖縄県、那覇市教育委員会、琉球新報場所：沖縄県女性総合センター「てぃるる」
2. 神田展行： 「重力波検出の最前線 -100 年後のマイケルソン干渉計-」
第３回アインシュタイン・イヤー・イン・オオサカ」における講演41

2005 年 9 月 25 日

研究助成金取得状況
1. 神田展行：科研費・特定領域 (2)「干渉計のデータ処理とイベント選別・相関解析」570 万円

海外出張および海外研修
1. 神田展行：米国テキサス州ブラウンズビル、2005 年 12 月 13 − 19 日、第 10 回重力波データ解析国際会議 発表・座長

その他
研究会主催
1. 会議名:LCGT 重力波ソーススタディ (2)
期間:2005 年 4 月 4 日
参加登録数:約 30 名 於：大阪市大文化交流センター
2. 会議名:6th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves （重力波に関する第 6 回
アマルディ国際会議）共催
期間:2005 年 6 月 20-24 日
参加登録数:約 100 名 於：万国津梁館（沖縄県）
3. 会議名:LCGT 重力波ソーススタディ (3)
期間:2005 年 8 月 25 日
参加登録数:約 30 名 於：大阪市大文化交流センター

海外研究者訪問／招聘
1. Prof. Sanjeev V Dhurandhar (ICUAA, 印) : 学術振興会日印自然科学協力事業「高度な技術による天体観測の総合的研究」により来日 2005/3/13-26
2. 河邊 招聘 (カリフォルニア工科大 LIGO, 米) : 共同研究ならびに研究発表のため、科学研究費により招聘 2006/3/26-30

42

宇宙・素粒子実験物理学研究室
寺本 吉輝
中野 英一

貴志 晃治
渡辺 丈智
安倍俊隆
浮島直樹
奥野 裕大
中川真介
中山雅央

助教授
助手

(M2)
(M2)
(M1)
(M1)
(B4)
(B4)
(B4)

研究概要
1.

KEK Bファクトリー加速器による素粒子実験（Belle）（寺本, 中野）高エネルギー加速器研究機構の Belle 実験装置を用いて国際共同実験を行っている.
Belle 実験装置は, Bファクトリー加速器を用いて, 電子・陽電子反応によるB 中間子を大量生産して, CPの破れの検証やB 中間子の崩壊の測定などを行う目的の装置である. 建設に置いて, 我々は高抵抗板素粒子検出器 (RPC) を用いた KL0・ミュー粒子検出器を東北大学などと共同で担当した. データ解析に関しては, 主に荷電粒子の飛跡解析とミュー粒子の同定を担当している. 2005年度の物理解析は，昨年に引き続き, 2個の荷電レプト
ンに崩壊するモードで, 電荷非対称性を測定する方法を用いて, CP の破れの測定を行った. その結果は日本物理学会年次大会で報告するとともに、Physical Review D誌に投稿した.

2.

平行板型素粒子検出器の研究開発（寺本, 中野, 貴志，安倍）
高抵抗板素粒子検出器（RPC）は平行な高抵抗板の間にガスを入れ，高抵抗板に8〜10kV程度の電圧をかけることにより, 荷電を持つ素粒子がこれを通過して時, その位置と時間を測定できる装置である． 2005年にはガス封入型RPCについて，RPCの２つの動作モード（アバランチモード，ストリーマモード）の両方についてRPCの特性を詳しく測定した．また，Belleでつかっているガスと比較的混合比が近いストリーマモードでの高レートに耐えるガスの研究, アバランチモードのRPCの開発などの研究を行った．

3.

ネットワーク型宇宙線観測装置を使った宇宙線観測（寺本, 中野, 渡辺）
都道府県にまたがって時間相関を持って到来する宇宙線を観測するために,宇宙線の到来時間を GPS を用いてマイクロ秒の精度で決定でき, インターネットを用いてデータをリアルタイムに交換できる簡易型空気シャワー観測装置「宇宙線ステーション」を開発し, 高校や科学館などに配備し大規模な観測網を構築する計画を 1999 年から始めている. 2005 年度には前年に引き続き計7台で観測を行なった.今までのところ統計的な揺らぎの範囲を越えた明確な時間相関を持った現象は見られない.

4.

ダブルベータ崩壊測定の準備研究（寺本, 浮島）
ニュートリノがディラック粒子かマヨナラ粒子かを区別する方法として, ニュートリノが放出されないダブルベータ崩壊の存在を見つければマヨナラ粒子であるといえる.
高エネルギー加速器研究機構, および, 日本の数大学との共同研究でダブルベータ崩壊を測定するための装置の建設の準備研究を行なっている.2005年度はβ崩壊した粒子の飛跡の解析方法の開発を行った．

5.

Micro Pattern Gas Detector の開発（中野）43薄型で2次元読み出しを行えるガス測定器の１つであるGEMの他分野への応用を図る目
的で高エネルギー加速器研究機構、佐賀大学と共同開発を行っている.2005年度は、硬X
線、中性子に感度がある素材の開発に成功した.
6.

Belle CDC のアップグレードの準備研究（中野）近い将来に計画されている KEKB加速器の増強に対応するため、Belle測定器の飛跡検出器のアップグレードの検討を進めている.

教育・研究業績
学術論文
1. I.M. Zhang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Improved Constraints on D0→K+π- Decays fromthe Belle detector”, Phys. Rev. 96,151801 (2006)
2. A. Somov, A.J. Schwartz, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of the branching fraction,
polarization, and CP asymmetry for B0→ρ+ρ- decays, and determination of the CKM phaseφ2”, Phys. Rev. Lett. 96, 171801 (2006)
3. S. Villa, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for the decay B0→γγ”, Phys. Rev. D73,
05107(R)(2006)
4. S. Uehara, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of a χ’C2 in γγ→DDbar production at
Belle”, Phys. Rev. Lett. 96, 082003 (2006)
5. Y. Miyazaki, S. Edelman, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: Search for Lepton and Baryon Number
Violating τ- Decays into Λbar π- and Λπ-“, Phys. Lett. B632, 51 (2006)
6. D. Liventsev, T. Matsumoto, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of the branching
fractions for B→D(*)+π-l-νbar”, Phys. Rev. D72, 051109(R)(2005)
7. N. Soni, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of Branching Fraction for B →χC1(2)KK*
at Belle”, Phys. Lett. B634, 155(2006)
8. U. Bitenc, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for D0-D0bar mixing using semileptonic decays
at Belle”, Phys. Rev. D(RC)72, 07101(R)(2005)
9. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurements of B decays to two kaons“, Phys. Rev.
Lett. 95, 231802(2005)
10. R. Mizuk, M. Danilov, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for the Θ(1540)+pentaquark using
kaon secondary interaction at Belle”, Phys. Lett. B632, 173(2006)
11. Q.L. Xie, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B-→J/ψΛ pbar and searches for
B-→J/ψΣ0pbar and B0→J/ψp pbar decays”, Phys. Rev. D72, 051105(R)(2005)
12. X.C. Tian, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of the wrong-sign decays
D0→K+π-(π0,π+π-) and search for CP violation”, Phys. Rev. Lett. 95, 231801(2005)
13. R. Secuster, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Charm Hadron from Fragmentation and B decays in
e+e- annihilation at √s = 10.6 GeV”, Phys. Rev. D73, 032002(2006)
14. D. Mohapatra, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for the b →dγ process”, Phys. Rev.
D72, 01110(R)(2005)
15. I. Bizjak, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Determination of |Vub| from Measurements of the
Inclusive Charmless Semileptonic Partial Rates of B Mesons using Full Reconstruction Tags”,
Phys. Rev. Lett. 95, 241801(2005)
16. J. Zhang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurements of branching fraction and polarization in
B+→ρ+K*0 decay”, Phys. Rev. Lett. 95, 141801(2005)
17. H. Ishino, A. Kusaka, H. Kakuno, A. Kibayashi, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Improved
Evidence for Direct CP Violation in B0→π+π- decays and Model-independent constraints
on φ2”, Phys. Rev. Lett. 95, 101801(2005)
18. A. Limosani, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of |Vub| near the endpoint of theelectron momentum spectrum from semileptonic B-meson decays”, Phys. Lett. B621, 28(2005)
19. R. Itoh, Y. Onuki, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Studies of CP violation in B→J/ψK* decays”,

44Phys. Rev. Lett. 95, 091601(2005)
20. K.-F. Chen, F. Fang, A.Garmash, K. Hara, M. Hazumi, T. Higuchi, H. Kakuno, A. Kusuka,
T.Shibata, O. Tajima, K. Trabelsi, T. Ziegler, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Time-dependent
CP-violating asymmetries in b→sqbarg transitions”, Phys. Rev. D72, 012004(2005)
21. M. –Z. Wang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: „Study of the Baryon-Antibaryon Low-Mass
Enhancements in Charmless Three-body Baryonic B Decays”, Phys. Lett. B617, 141(2005)
22. Y.-J. Lee, M. –Z. Wang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B+→p Λbar γ”,
Phys. Rev. Lett. 95, 061802(2005)
23. M. Iwasaki, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of the Electroweak Penguin Process
B-→Xsll”, Phys. Rev. D72, 092005(2005)
24. Y. Enari, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for lepton flavor violating decay τ→l-π0, l-η,l-ηʼ”, Phys. Lett. B622, 218(2005)
25. L.M. Zhang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for B0→J/ψD0bar and B+→J/ψ D0bar
π+decays”, Phys. Rev. D71, 09107(R)(2005)
26. K. Sumisawa, E. Nakano, Y. Teramoto et al.: “Measurement of Time-Dependent CP-Violating
Asymmetries in B0→KsKsKs Decay”, Phys. Rev. Lett. 95, 061801(2005)
27. K.-F. Chen, E. Nakano, Y.Teramoto, at al.: “Measurement of Polarization and Triple-productCorrelation in B→φK* decays”, Phys. Rev. Lett. 94, 221804(2005)
28. T. Gershon, E. Nakano, Y. Teramoto, at al.: “Time-Dependent CP Violation Effects in Partially
Reconstructed B0→D*π decays”, Phys. Lett. B624, 11(2005)
29. M.C. Chang, E. Nakano, Y. Teramoto et al.: “Search for B0→p pbar, Λ Λbar and B+→p Λbar
at Belle”, Phys. Rev. D71, 072007(2005)
30. Y. Ushiroda, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of the Time-Dependent CP-Violating
Asymmetry in B0→K0Sπ0γ decay”, Phys. Rev. Lett. 94, 231601(2005)
31. C.C. Kuo, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of γγ→p pbar production at Belle”,
Phys. Lett. B621, 41(2005)
32. G. Majunder, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Evidence for B0→D+D- and Observation of
B-→D0D- and B-→D0D*- Decays”, Phys. Rev. Lett. 95, 041803(2005)
33. K. Hayasaka, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for τ→eγ decay at Belle”, Phys,
Lett. B613, 20(2005)
34. H. Miyake, M. Huzumi, E. Nakano, Y. Teramoto, at al.: “Branching Fraction Polarization and
CP-Violating Asymmetries in B0→D*+D*- Decays”, Phys. Lett. B618, 34(2005)
35. J. Schuemann, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B→D0ηʼ and B→D*0ηʼ”,
Phys. Rev. D72, 011103(R)(2005)
36. R.Mizuk, E. Nakano, Y. Teramoto, at al.: “Observation of an isotriplet of charmed baryons”, Phys.
Rev. Lett. 94, 122002(2005)
37. S.-K. Choi, S.L. Olsen, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of a near-thresold
omega-Jψ mass enhancement in exclusive B-→KωJ/ψ decays”, Phys. Rev. Lett. 94,
182002(2005)
38. A. Garmash, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Dalitz analysis of the three-body charmless decays
B+→K+π+π- and B+→K+K+K-“ Phys. Rev. D71, 092003(2005)
39. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, at al.: “Observation of B→π0π0”Phys. Rev. Lett. 94,
181803(2005)
40. H. Nakazawa, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of the γγ→π+π- and γγ→K+Kprocesses at energies of 2.4-4.1 GeV”, Phys. Lett. B615, 39(2005)
41. Paoti Chang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of brancing fraction and CP
asymmetry in B→ηh decays”, Phys. Rev. D71, 091106(R)(2005)
42. Heyoung Yang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B+→K1(1270)γ”, Phys. Rev.
Lett. 94, 091601(2005)
43. M. Saigo, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Study of Suppressed Decays B-→K+π-lDK-

45

and B-→K+π-lDπ-“, Phys. Rev. Lett. 94, 091601(2005)
44. T. Okabe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.:“Spectra of prompt electrons from decaysof B+ and B0 mesons and ratio of inclusive semielectronic branching fractions”,
Phys. Lett. B614, 27(2005)
45. A. Druskoy, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B0bar→DsJ*(2317)+ Kdecay”, Phys. Rev. Lett. 94, 061802(2005)
46. S. Nishida, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B+→K+ηγ”, Phys.
Lett. B610, 23(2005)
47. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al: “Improved measurement of CP violation
parameters sin2φ1 and |Λ|, B meson lifetimes, and B0-B0bar mixing parameter Dmd”,
Phys. Rev. D71, 072003(2005)
48. J. Li, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for D0-D0bar mixing in D0→K+π- decays
and measurement of the doubly Cabibbo-supressed decay rate”, Phys. Rev. Lett. 94,
071801(2005)
49. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of the D1(2420)→Dπ+πdecays”, Phys. Rev. Lett. 94, 221805(2005)
学会・研究会講演
1. 貴志晃治ほか：「密封型ガラス RPC の開発」日本物理学会 2005 年秋の分科会 大阪市立大学
2. 渡辺丈智ほか：「ネットワーク型宇宙線観測装置を用いた広域宇宙線の探索」日本物理学会 2005 年秋の分科会 大阪市立大学
3. 中野英一ほか：「Charge Asymmetry of Same-Sign Dilepton in B0-B0 Mixing」日本物理学会第61 回年次大会 愛媛大学・松山大学
4. 中野英一ほか：「RPC の開発 II」MPGD 研究会 大阪大学
5. 中野英一：「CDC status」Belle Trigger/DAQ Workshop 新潟大学

学位論文
修士論文
1. 渡辺丈智：「ネットワーク型宇宙線観測装置の開発と解析」
2. 貴志晃治：「密封型 Resistive Plate Chamber の開発」

研究助成金取得状況
1.

中野英一：学術振興会・若手研究(B)「レプトン包含事象による小林・益川行列要素Vubの系統的な精密測定」40 万円

2.

寺本吉輝：文部科学省・特定領域研究（2）「Belle 検出器の高抵抗板検出器をスーパー
KEKB で使うためのガスの研究」260 万円

3.

寺本吉輝：学術振興会・基盤研究 C「広域空気シャワー観測用の低コスト学校アレイ装置の開発」160 万円

46素粒子論研究室
牲川

章（教授）

乾

雅博（D3）幸山

浩章（D2）

研究概要
１．Tsallis 統計力学に基づく場の量子論（牲川、幸山）
Nonextensive 系を扱う統計力学（Boltzmann-Gibbs (BG) 統計力学を特別な場合として含む）として Tsallis 統計力学が提唱された。ブルックヘブン国立研究所（BNL）の 重イオン衝突型加速器を用いた実験や欧州合同原子核研究機構（CERN）で建設中の LHC による実験で、その生成が期待されているクオォーク・グルーオンプラズマのような（重イオンサイズの）小さな系では BG
統計力学が適用できる保証はない。この動機から学術論文１で、（Tsallis 統計力学の意味で）有限温度の量子場系に Tsallis 統計力学を適用して「量子場 Tsallis 統計力学」を構成した。それを、基礎理論である量子色力学（QCD） に支配されるクォーク・グルーオンプラズマ系に適用した結果、soft 領域を支配するスケールである「熱質量」（thermal mass）はクォーク、グルーオンとも
BG 統計力学の場合に比べ小さくなることを見出した。又、BG 統計力学では存在しない「初期相関」と呼ばれる量が現れることを示した。この２つの結果は実験的に検証可能である。［学術論文
１、学会・研究会講演２、３］
２．PMS 処方によるクォーク、グルーオンプラズマ圧力の optimization（牲川、乾）
クォーク、グルーオンプラズマ系の熱力学的性質を規定する圧力（大分配関数）の（改良された）
摂動論による計算によると、摂動級数が「振動」し、収束性が極めて悪い。又、本来それに依存してはいけない繰り込みスケールに対する依存性も大きい。更に、格子 QCD による数値計算結果と整合しないという状況にある。学術論文２で、知られている摂動計算結果を元に、それに Principles
of Minimal Sensitivity（PMS）処方と呼ばれる処方を適用して最適化された「圧力」を得た。その際、従来は問題にされなかった、hard 領域と soft 領域の境界を分けるスケールパラメータに関しても「最適化」を行った。その結果、格子 QCD 計算による結果と満足のいく程度に一致する結果を得た。[学術論文２]３．量子場系を記述する遷移振幅の「熱演算子表示」（牲川、乾、幸山）
有限温度の量子場系を記述する「熱振幅」は対応する真空理論（零温度の場の量子論）の振幅に、単純な構造をもつ「熱演算子」を作用させることにより得られることが判明している（factorizability）。しかし、化学ポテンシャルが存在する系に関しては、事情が複雑になり、この
綺麗な factorizability の成立が証明されていなかった。学術論文３で比較的単純な技法を導入する
ことにより、化学ポテンシャルが存在する系に対しても quasi factorizability が成立することを証明した。[学術論文３]

４．カラー超伝導の磁性 (牲川、乾、幸山)
高密度クォーク物質は比較的低温でいくつかのカラー超伝導相を有することが理論的に予言され47ている。これらカラー超伝導相のうち、比較的簡単な構造の２SC 相は、その大部分の領域でカイラル凝縮相との混在相になっていると考えられている。この 2SC 相に焦点をあて、その磁性（カラー磁性ではなく通常の電磁気学の磁性）の研究を始めている。２SC 相はある密度範囲で現れる相である。現在、零温度の場合の解析がほぼ終わっている。その Preliminary な結果として次の２点が判明している。１）２SC 相の低密度側は強磁性相にある。２）系の（温度などの）パラメー
タにより、２SC 相の高密度領域で常磁性相への相転移がおこる場合と、そうでない場合がある。[学会・研究会講演１，４，６]

教育・研究業績
学術論文
１．H. Kohyama and A. Niegawa, Quantum field theories in nonextensive Tsallis statistics, Prog.
Theor. Phys. 115 (2006) 73-88.
２．M. Inui and A. Niegawa, Improverment of the hot QCD pressure by the minimal sensitivity
criterion, Prog. Theor. Phys. 115 (2006) 411-424.
３．M. Inui, H, Kohyama and A. Niegawa, Phys, Rev, D73 (2006) 047702.
学会・研究会講演
１．乾雅博、幸山浩章、牲川章：「カイラル凝縮を伴う２SC カラー超伝導クォーク物質の磁性」日本物理学会 2005 年秋季大会

大阪市立大学（２００５年９月）

２．幸山浩章、牲川章、「Tsallis 非加法的統計力学を基礎とした有限温度の場の理論」日本物理学会
2005 秋季大会（追加講演）

大阪市立大学（２００５年９月）

３．幸山浩章、牲川章：「Tsallis 統計力学を基礎とした有限温度の場の理論の非加法的拡張」基研研究
会「熱場の量子論とその応用」（２００５年８月）
４．乾雅博、幸山浩章、牲川章：「カイラル凝縮を伴う２SC カラー超伝導クォーク物質の磁性」基研研
究会「熱場の量子論とその応用」（２００５年８月）
５．A. Niegawa, Magnetic property of quark matter, 奈良大学研究会「高密度クォーク物質中での強磁性相と超伝導相」 奈良大学（２００６年２月）
６．M. Inui, H. Kohyama, and A. Niegawa , Ferromagnetism in 2SC color superconductor withchiral condensation, 奈良大学研究会「高密度クォーク物質中での強磁性相と超伝導相」 奈良大学
（２００６年２月）
その他
１．牲川章：「Perturbation theory for out of equilibrium quantum-field systems」名古屋大学大学院
理学研究科セミナー（２００５年７月）

研究助成金取得状況
牲川章：学術振興会・基盤研究（C）(2) No.17540271 （分担）48

数理物理研究室
糸山浩司
安井幸則

教授
助教授

大田武志  上級研究所員
木原裕充  研究所員
藤原和人 
濱本直樹 
吉岡礼治 

丸吉一暢 
宝利 剛 
米村 啓 
藤井陽介

濱口敦成


研究概要


超対称ゲージ理論の  と  の理論（糸山、阪口、藤原、丸吉）

平成  年度は前年度の大きな成果であるところの超対称性の部分的破れを起こす模型の構成、縮退した真空達の同定及び質量公式の導出等の研究をさらに推し進めた。 を使用する  を推し進め、明白な形で  の超対称性を    が持っていることを証明し、同時に従来困難とされていた物質場が入っている場合への上記の模型の拡張に成功した。これら  つの論文の結果を、糸山は夏に ! で行なわれた "#$$% で講演した。超対称性の部分的破れは   な対称性のみならず、  な対称性の場合にも極めて重要である。大学院生丸吉の修士論文の指導として、超対称性を部分的に破る "     &' の模型を考察し、質量公式、破れた真空上の  の 
による記述に成功した。( 月にこの結果を論文としてまとめた。この  &' の模型は
"  × "  の   相にあるため   な模型への直接的な極限操作は可能ではないが、散乱振幅に対する )&  ! を確認することにより、この  つの模型の関係づけが可能になると考えられる。また、糸山は  の理論と  超対称性の部分的破れのここ 年間の成果を中心に、大阪市大で  回にわたって、東工大で ( 日間にわたって講義を行ない   にまとめた。
" * 行列模型の分配関数の計算

糸山、木原、吉岡# +  型の作用の $ 次元  の  つであり、糸山・都倉により提唱された "

行列模型は超紐理論を非摂動効果を全て含めて構成的に定義していると思われている。また、+*&+!!&  の仕事を参考に、!   が厳密に遂行できると考えられる。まず、夏に前年度に糸山・吉岡が行なった仕事を発展させ、,  と-,  を課した後に、この模型に . 個あるいは 個の '' が生き残る配位を全て尽くした。この結果は /!' 0&  に出版されている。今年度後半は、" 行列模型の分配関数の厳密決定に取組み、その計算が進行中である。+*&+!!&  は、
  群    の超対称 # +  理論から得られる、$ 次元行列模型の分配関数をを計算した。我々は、" * 行列模型に  の方法を適用して計算している。 次元からの簡約に対しては、多変数留数の解析を丁寧に行うことで、/ らが類推した結果を再現できると期待される。" * 行列模型は、随伴表現だけでなく反対称表現、基本表現を含んでおり、これらの表現を加えた場合、一般に分配関数が変形のパラメータに依存してしまう。今後これらの計算を進めていきたい。
(

  

 上の   の量子可積分性（糸山、大田）

前年度より継続のこのテーマに関して、,  !   での 1+!23 +の量子化という立場から考察をさらに推し進めた。残念ながら著しい結果を出すには至っていない。最近注目されている ,+      においてこのテーマを追究していく。


ブラックホールの幾何学およびコンパクト  多様体に関する研究（安井、大田、濱本） 理論におけるブラックホールの研究は、従来宇宙物理を専門とする物理学者に限られていた。$ 世紀後半になって、 理論および素粒子の統一理論に対する広い関心は、

49

高次元へブラックホールを拡張する大きなモチベーションを与え、ブラックホールの研究は、
高次元 0 幾何学としてさらにその有用性は拡がっている。
我々は、高次元ブラックホールから、ある種の極限操作を経由することで無限個のコンパク
ト  多様体が誘導できることを発見した。この研究は、ブラックホールと純粋数学としての 0 幾何学の間の強い相関を陽に与えるものである。今後、 理論への応用を含め、さらなる発展を追究する。
%

*+ 多様体上の調和解析による 4567 の検証

安井、阪口、大田、木原

88. 年に   によって提唱されて以来 4567 対応は、人々の関心を集めた。この対応は、4 時空と *+ 多様体の直積空間上で考えることができることが知られていた。しかし具体的に計量が書き下せていた *+ 多様体は % 次元球面、およびその有限群による商と、   と呼ばれる等質空間だけであった。$$ 年に、無限個の、そして ! '  の *+ 多様体の族が見出された。我々はこれらの空間上で、スカラーラプラシアンの固有値と 次元の )&   理論の中間子の量子数との一致を確かめた。今後、フェルミオンの対応関係も調べていきたい。

教育・研究業績
著書
学術論文

 9'  0 #!*: ; < , 
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2  ##: ;E   , F&  + -' & 

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国際会議会議録C 6D2:  9'   * !A ; '
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C 6D2:  9'   * !A ;/

*,   '' , 1  ''  ! "  1   = "#$$%: 7!   G2
 /  /!'

国際会議講演

糸山浩司 ;/
1   =*,   ''  , 1  ''  ! " 50

7!   G2  /  /!' "#$$% $$% 年  月 ダラム大学、イギ

リス

研究会報告


大田武志A 「   *+ 」研究集会報告集「9   ,
2  7  '」$$% 年



木原裕充：
「    ,(   *+ ,  」研究集会報告集「9 +2  7  '」$$% 年

藤原和人：「"       -* ,   ''」素粒子論研
究:  巻 ( 号:  (+(: $$%学会・研究会講演




(

安井幸則：
「C - * !     , 」
$$% 年 月 東京工業大学素粒子論セミナー
木原裕充: 阪口真: 安井幸則A 「     *+ ,     」
$$% 年 . 月 基礎物理学研究所研究会
木原裕充: 阪口真: 安井幸則A 「トーリック佐々木+ 多様体   上のスカラー・ラプ
ラシアン 」
$$% 年 8 月 日本物理学会 大阪市立大学
安井幸則A 「C - * !     , 」
$$% 年 8 月 日本物理学会 招待講演 大阪市立大学%

糸山浩司: 阪口真: 藤原和人：「超対称性の部分的な破れを自発的に起こす    ゲージ模型の発展」$$% 年 8 月 日本物理学会 $$% 年秋季大会 大阪市立大学>

糸山浩司: 吉岡礼治A 「行列模型のコンパクト化」
$$% 年 8 月 日本物理学会 $$% 年秋季大会 大阪市立大学



安井幸則：
「C - * !   *+ '」$$% 年 $ 月 東京大学素粒子論セミナー

.

大田武志：
「   *+ 」$$% 年  月  日 研究集会「9   , 2  7  '」大阪市立大学文化交流センター

8

$



木原裕充「     *+ ,     」
$$% 年  月 . 日 研究集会「9   , 2  7  '」大阪市立大学文化交流センター
糸山浩司: 阪口真: 藤原和人：「/ '' *    "  1  2! '     」$$% 年  月 京都大学基礎物理学
研究所研究会「場の量子論の基礎的諸問題と応用」 京都大学基礎物理学研究所
糸山浩司：;/  , < ''=$$> 年  月 東京工業大学集中講義



安井幸則：
「C - * !   *+ '」$$> 年  月 静岡県立大学集中講義

(

糸山浩司，丸吉一暢：「"  ゲージ群を持つ  超対称性の部分的破れ」
$$> 年 ( 月 日本物理学会 愛媛大学

51

糸山浩司，阪口真，藤原和人：「/ '' *   "   1  2! '     」$$> 年 ( 月 日本物理学会 愛媛大学

%

糸山浩司，木原裕充，吉岡礼治：「" 行列模型における分配関数の計算」
$$> 年 ( 月 日本物理学会 愛媛大学

>

大田武志: 安井幸則A 「トーリック *+ 多様体と  方程式」
$$> 年 ( 月 日本物理学会 愛媛・松山大学

学位論文
修士論文


丸吉一暢：
「

   超重力理論と超対称性の部分的破れ」

研究助成金取得状況


糸山浩司 研究代表者：日本学術振興会・基盤研究   >% $>「ゲージ理論及び紐理論に於ける可積分性の出現」A .$$ 千円 >A :%$$ 千円



糸山浩司 研究分担者：日本学術振興会・特定領域研究「超弦理論と場の理論のダイナミクス」4(「超弦理論による素粒子の統一理論と時空構造」(

安井幸則（研究代表者）：日本学術振興会・基盤研究   % $>「高次元ブラックホール 幾何学とコンパクト  空間」A :.$$ 千円
安井幸則 研究分担者：日本学術振興会・基盤研究   % $$8「ファノ多様体の組合せ論に基づいたツイスター理論の再構築」%

安井幸則 研究分担者：日本学術振興会・基盤研究    % $%「ブレイン宇宙モデルの大域的構造」

海外出張および海外研修

糸山浩司：イギリス・ダラム大学: $$% 年  月: "#$$% 7!   G2 /  /!' に出席、講演。



安井幸則：カナダ・トロント大学: $$% 年  月: 国際会議ストリング $$% に出席。

その他


糸山浩司：日本学術振興会 専門委員



糸山浩司：日本物理学会 $$% 年度領域副代表(

糸山浩司：大阪市立大学  プログラム「結び目を焦点とする広角度の数学拠点の形成」
評価対象者
糸山浩司：日本物理学会 $$% 年秋季大会 大阪市立大学杉本キャンパス 実行委員%>

安井幸則：日本物理学会 $$% 年秋季大会 大阪市立大学杉本キャンパス 実行委員
橋本義武・阪口真・安井幸則：大阪市立大学大学院理学研究科・理学部 2 :$$% 年 8 月発行  .: 「> 研究／代表的な業績」に掲載：;*+ 2 , C+4- * ! := /!': $+ : $$ 

糸山浩司・安井幸則・大田武志・木原裕充：研究集会「場の理論・弦理論の進展」$$> 年 
月 > 日J 月  日を大阪市立大学学術情報総合センター  階で開催.

糸山浩司：インターネット講座 $$%「なにわの数学ライブ+結び目からみた現代数学+」第 回 $$% 年  月「一本の紐の量子論とその径路積分」

52

宇宙物理研究室
石原秀樹
浜端広充
中尾憲一
三浦輝夫

教授
助教授
助教授
助手

中野寛之(学振PD)
森澤理之(研究生)
栗田泰生(研究生)
富沢真也(研究生)

古崎広志(D4)
小川浩司(D3)
柳 哲文(D2)
松野 研(D1)
甲斐智博(M2)
小林信幸(M2)
塩井晋一(M2)
木村匡司(M1)
孝森洋介(M1)

研究概要＜重力理論分野＞
現在の宇宙には地球、太陽系から、銀河や銀河団、さらに宇宙全体にわたるさまざまな大きさのスケールがあります．また時間的にも、宇宙の誕生から百数十億年という宇宙年齢にいたる長い歴史があります．大きな多様性をもったこの宇宙を理解することは、自然科学の重要な目的のひとつです．我々は、惑星の運動や地球上での様々な実験をもとに物理法則を構築し、それを駆使することによって、宇宙に対する理解を深めて来ました．しかし、宇宙では、現在の技術では実現不可能な高エネルギー、高密度にかかわる物理現象が頻繁に起こり、そこでは、ニュートンの万有引力の法則が破綻するほど強い重力場が存在し、重力が物理現象の主役をなしていると考えられています．このような状況は宇宙における現象でしか見ることができません．それゆえ、宇宙で起きる物理現象を研究することが、新しい物理学を開拓するひとつの原動力になります．
宇宙物理（重力）グループでは，アインシュタインの一般相対性理論を基礎として， 宇宙における強い重力場を伴う物理的現象を重点的に研究しています．2005年度に行った研究は以下の通りです．
1. 高次元時空のブラックホール
重力を含む統一理論は、５次元以上の時空次元を仮定しています．例えば現在最も有望視されている超弦理論は１１次元時空の理論です．それゆえ前世紀から高次元の重力理論は、理論物理学の重要なテーマの一つとして研究されてきましたが、特に近年、高次元一般相対論の枠内で新しいブラックホールの厳密解の発見が相次ぎ、現在も世界的な規模で活発な研究が続いています．この高次元時空におけるブラックホールに関して以下の研究をおこないました．
1) Kaluza-Kleinブラックホール解（松野、富沢、森澤、石原）
これまでに知られている高次元ブラックホール(BH)解のほとんどは、空間的余剰次元も含めた全時空における無限遠での漸近的な平坦性を境界条件としています．しかし、BHから遠く離れた我々観測者の住む世界は、経験的に4次元時空です．そこで、高次元的なBH
近傍の領域と、遠方の4次元的な領域を1まとめに記述するBH解の導出を目標として、本研究を開始しました．そして、上述の大域的な構造を有しているKaluza-Klein BH (K-K BH)

53

解の導出に成功し、その物理的な性質を解析しました．また、K-K BH解が、元々持つ電荷の他にも、宇宙項や角運動量等の新しい特性を持つ可能性を考慮し、更に、地平線の軸対称性を取り除くことや、歪んだS3の地平線を歪んだS7の地平線に拡張することで、より一般的な高次元BH時空を構成できると考えらます．現在も、その路線で研究を進めています．
2) ５次元ブラックホールの熱力学量（栗田、石原）
上に述べた，歪んだホライズンを持つ５次元荷電ブラックホール時空は、特異点近傍では５次元的な時空と見なせますが無限遠方では、空間一次元がコンパクトになり４次元的な時空と見なせます．したがって、この時空は５次元的な球対称時空ではなく、歪んでいます．我々はこの解の熱力学量を研究しました．そして、その歪みに対応する熱力学量をEuclidean形式を用いて導出しました．この歪みに対応する熱力学量は、これまで知られていなかった新しい熱力学量です．

2. 宇宙ひも（古崎、小川，中野、石原）
近年，宇宙物理や宇宙論あるいは素粒子の統一理論の観点から、「広がりを持つ物体が盛んに研究されています．本年度は次の研究を行いました．
１）定常回転をする宇宙紐の解を構成し，その重力波放出を計算しました．その結果，
ヘリカルストリング（弦巻バネの形状）は重力波を放出しないことが分かりました．
２）２+１次元の世界面（膜）が葉層構造を持ち、各層が背景時空の等長変換群の軌道となっている場合をcohomogeneity-one membrane とよび，ミンコフスキー時空中においてこの世界面のもつ対称性を分類しました．
3. 裸の特異点：円筒対称時空の性質（中尾、栗田、森澤）
強い重力場を記述する理論の有力な候補である一般相対論によれば、巨大質量の星はその進化の最終段階で、自らが生み出す重力によって限りなく収縮していきます．この現象は重力崩壊と呼ばれ、エネルギー密度や圧力、温度、そして時空の曲率といった物理量が無限大になるʻ領域ʼが最終的に形成されます．この領域は時空の裂け目のような構造を持ち、時空特異点と呼ばれています．時空特異点は観測可能性という観点から二種類に大別することができます．一つは、我々のような観測者がそこに行かない限り見ることのできないタイプのものであり、ブラックホールはその一例です．そしてもう一つは、原理的に観測可能なタイプであり、「裸の時空特異点」と呼ばれています．円筒対称時空における重力崩壊は、よほど特殊な物質でないかぎりこの裸の特異点を形成することが知られています．2005年度は、以下のテーマについて研究を進めました．
••

光的ダストが形成する裸の時空特異点が境界条件（特異点の解消）
時間的ダストが形成する裸の特異点の数値的構成とその裸の特異点形成過程における重力波放出

4. 重力波天文学
今世紀は、重力波天文学が宇宙における様々な物理現象を理解する上で、重要な役割を演じることは間違いありません．今年度は、この重力波天文学に関連した以下の研究を行いました．
1) 重力波の波形予想とデータ解析（中野）54

重力波観測によって得られたデータから物理的に有用な情報を抽出するためには、様々な重力波源からの重力波波形を理論的に予測しておく必要があります．昨年度に引き続き
今年度も、ほとんどの銀河中心にあると考えられる非常に重いブラックホール周りを運動する太陽質量程度のコンパクト天体の精密な軌道を予言する方法の開発に取り組みました．この系ではコンパクト天体を質点と近似して研究が行われますが、この方法では発散の問題が生じてしまうため、何らかの正則化が必要となります．本年度は正則化の必要のない方法を開発して，コンパクト天体の運動の定数の時間発展を求めることに成功しました．ただ、この方法では近日点移動などを議論できないために，完全にコンパクト天体の運動を追うためには、やはり正則化をしなければなりません．
また、重力波検出器のデータ解析法の研究について、ブラックホール固有の減衰振動する重力波（リングダウン）を捕らえる方法を昨年度構築しましたが、これを用いて日本の地上重力波検出器ＴＡＭＡから得られるデータの解析を行い、この解析方法はの効率が非常に良いことが証明されました．しかしながら、非常にノイズの多いデータから信号を抽出するために、偽イベントをかなり拾うことになります．今後の課題としては、この偽イ
ベントと本物重力波をどのように見分けていくかが重要となります．
2) 重力波に対する重力レンズ効果（柳，古崎，中尾）
昨年度から引き続き、重力は観測を用いて宇宙に存在するコンパクト天体の個数に制限をつける方法についての研究をおこないました．重力波は波源から我々に到達するまでに非一様に分布した物質によって重力レンズ効果を受けます．そこでコンパクト天体連星系
からの重力波を用いた距離-赤方偏移関係に注目します．この場合距離は重力波の振幅によって見積もることができます．しかし重力波が重力レンズ効果を受けた場合その振幅は変化します．その変化は重力波の波長とコンパクト天体の質量との大小関係によってそれぞれ異なります．宇宙の質量の全てが一定の質量のコンパクト天体からなるモデルで距離− 赤方偏移関係のシミュレーションを行いました．波長がコンパクト天体の質量に比べて十分長い場合、距離-赤方偏移関係は宇宙が完全に一様な場合に一致し、波長がコンパク
ト天体の質量比べて短い場合，観測される距離に有意な分散が生じることを示しました．
重力波の距離-赤方偏移関係における分散から宇宙に存在するコンパクト天体の量や質量に制限が付けられる可能性を示しました．
5. 非一様宇宙の体積膨張則（甲斐、柳、古崎、中尾）
我々の宇宙は、十分大きなスケール（3000万光年以上）で粗視化してみると、物質・輻射はほぼ一様等方に分布しています．したがって、大域的な宇宙の発展（３次元空間の体積の時間的変化）は、一様等方宇宙モデルであるフリードマンモデルで良く記述されると考えられています．しかし、小さいスケールでは、星、銀河、銀河団という構造が存在しています．
そして、この物質・輻射分布の非一様性が生み出す重力が原因で宇宙の膨張則が一様等方宇宙モデルと異なる可能性があります．特に近年のIa型超新星の観測結果から示唆されている宇宙の加速度的な膨張は、この物質・輻射分布の非一様性が原因となっている可能性があります（この加速度的な膨張は、宇宙に負の圧力を持った暗黒エネルギーとよばれる未知の物
質が一様に分布していることが原因であるとする考え方が現在の主流ではありますが、自然科学では、あらゆる可能性を追求する必要があります）．今年度は、非一様宇宙を表すアイ
ンシュタイン方程式の厳密解を具体的に構成し、非一様性が加速度的な宇宙膨張を実現する
ことを明らかにしました．ただし、加速度的な膨張を実現するためには、非一様性は極めて大きなスケールの相対論的な性質を持つものでなければならず、この機構で我々の宇宙の加速度的膨張を説明できるものかどうかは、さらに研究を要します．
6. 実験室におけるインフレーション宇宙の生成（中尾、石原）55

この研究は山形大学の坂井伸之氏との共同研究です．我々の宇宙は約140億年前に誕生したと考えられています．そしてその誕生直後にインフレーションと呼ばれる“空間の体積が加速度的に膨張する現象”を経験したと考えられています．このインフレーションを実験室で起こすことができるかどうかを理論的に研究しました．原理的には可能であろう、という結果がえられました．

＜流体・プラズマ物理分野＞
1. 非線形磁気流体波の厳密解（浜端）
昨年度同様、円筒内の非理想プラズマ中を伝播する非線形磁気流体波の厳密解も見いだすべく研究を続けている．並進対称性がある場合と軸対称性がある場合については、波動解のいくつかを見いだし、既に論文として公表しているが、昨年度に引き続き、ら
せん称性がある場合の解についても研究を行い非線形の厳密解を見いだした．現在、より一般的な解を見いだすべく研究を続けている．
また、HALL 効果を考慮した MHD 方程式の非線形磁気流体波の厳密解も見いだすべく検討中であり、近々成果を公表できるものと考えている．また、昨年度に引き続き、自己重力のある、非理想の成層流体中で、温度勾配によりつくられる対流力が存在する場
合の非線形磁気流体波の厳密解についても検討中である．
2. Firehose不安定の非線形発展（浜端）
温度異方性のあるプラズマ中で生じるマクロな不安定である firehose 不安定の非線形発展について研究し、イオンの有限ラーマー半径効果を考慮した CGL 方程式を数値解析することにより、firehose 不安定の非線形の時間発展を調べている．既に、知られている
非線形の解析解は不安定で、この解は現実には実現されず、実際には firehose 不安定はカ
オス的になっていくことを明らかにしている．
昨年度に引き続き、解析解がカオス解へ移行するに当たり、乱れの磁気エネルギーの空間一様性が壊れていくことに着目し、その効果を取り入れた基礎方程式系を導き、その方程式系を用いて、firehose 不安定の非線形発展の数値解析を行いつつある．更に、波動・粒子共鳴相互作用等運動論的効果を考慮するため、Vlasov 方程式を用いた数値シミュレーションも検討中である．
3. 大 振 幅 Alfvén波 の パ ラ メ ト リ ッ ク 不 安 定 （ 浜 端 ）大振幅のAlfvén波は、太陽風中などで観測され、その安定性の理解が、種々のマクロな現象（太陽風の加熱や加速等）を解明する上での基礎として重要であると考えられている．理論的には、平行伝播で円偏波の大振幅Alfvén波は、安定ではなく他のゆらぎ（音波と他のAlfvén的な波）との相互作用により、パラメトリック不安定を起こし崩壊することが知られている．
しかし、これまで大振幅のAlfvén波に関する研究の殆どはMHD方程式に基づくもので、
波動−粒子共鳴相互作用の効果は考慮されてこなかった．昨年度に引き続き、Vlasov方
程式に基づいた線形解析による研究を進行中である．更に、非線形発展については、数値シミュレーションの手法を用いた研究も検討中である．
4. Bump-on-tail不安定の数値シミュレーション（浜端、小村）
プ ラ ズ マ 中 の 静 電 波 動 （ Langumuir 波 ） は 、 実 空 間 1 次 元 + 速 度 空 間 1 次 元 の 2 次 元
Vlasov-Poisson 方程式系を用いて古くから解析されているが、 その非線形的振る舞いについてはいまだ未解決の問題が多く残されている．Landau (1946)は、波と波の位相速度付近の速度を持つ粒子との共鳴相互作用によって, 波は相対的に粒子にエネルギーを与え、Langmuir
波は指数関数的に減衰（Landau 減衰）することを明らかにした．分布関数が Maxwell 分布の56

ような単調減少するような分布の場合は、Langumir 波は必ず減衰するが、分布のすそにコブを持つような分布の場合は、波と粒子の共鳴相互作用が逆の形で働き、相対的に粒子から波にエネルギーを与えることになり、波が指数関数的に増幅する不安定が起こることが知られている．
本研究では, そのようなプラズマ中の代表的な静電的不安定性の一つである Bump-on-tail
不安定の非線形段階での解析を数値シミュレーションの手法で行ったものである．これまでの Vlasov 方程式の数値シミュレーションの結果から、Bump-on-tail 不安定は飽和し、分布関数に hole 構造を持つような準定常状態が実現されることが明らかになっているが、本研究ではなぜそのような準定常状態が実現されているかを粒子がどのような振る舞いをしているかに着目して、解析したものである．Vlasov 方程式については、CIP 法という数値シミュレー
ションの手法を用いて解き、そこで得られた電場データをもとに位相空間に配置した多数のテスト粒子の運動を追跡することにより、補足粒子の振る舞いと準定常状態の関連性を明らかにしている．解析の結果、捕捉粒子の多くはポテンシャル外に飛び出していくが, 必ず再びポテンシャルに再捕捉され、また飛び出して行く、という風に非捕捉・再補足を繰り返す
ことがわかった．つまり非補足・再補足を繰り返す粒子によって準定常状態が実現されていることを明らかにした．
5. Bernstein-Landau のパラドックスについて（浜端、塩井）
外部磁場の無い無衝突プラズマ中の静電波 (Langmuir波)は、波動−粒子共鳴相互作用によってLandau減衰を起こすことが知られている．一方、外部磁場がある場合、この磁場に垂直に伝播する静電波 (Bernstein波)は、減衰しないことが知られている．このモードは、磁場の強度によらず減衰を起こさないので、磁場ゼロの極限をとっても減衰は見られない．磁場が最初から無ければ、静電波はLandau減衰を起こすが、磁場が少しでもあれば減衰しない
Bernsteinモードが存在する．これをBernstein-Landauのパラドックスという．
このパラドックスを解消するためにSukhorukovとStubbe (1997)によって示された理論及
び数値シミュレーションの結果の検討を行った．検討の結果、線形理論の枠内ではSukhorukovとStubbeの議論は基本的に正しいが、問題点として、外部磁場の無い場合のLangmuir波の減衰はモードごとに適応されるが、Bernsteinモードの場合は、無限の固有モードの集団的相互作用（重ね合わせ）のみによってのみ減衰の効果を生んでいるという一見矛盾したような状況も存在している．今後この点に関して、非線形効果も考慮した理論及び数値シミュレーシ
ョンを用いた研究が更に必要であり、その準備に取りかかっているところである．

6. 多自由度力学系における時空カオス（三浦）
地球磁場の生成モデルとして研究されてきた力武モデルを高次元に拡張したものは、
高次元カオスの代表的なモデルの一つである．高次元アトラクタの構造を調べることで、複雑な軌道の中にみられる規則性を調べることができる．
昨年度に引き続き、このような中間自由度系や多自由度力学系でのカオスへ至る道を、
数値計算を実行することで明らかにしている．
7. 情報処理教育用LANシステムでの電子テキストデータベースの構築（三浦）従来より、学術情報総合センターシステム上で、電子テキストデータベースを構築し57ていた．本年度もこのシステム上で継続して構築している．

教育・研究業績
著作
学術論文
1. Masaki Ando et al.(The TAMA collaboration), “Observation results by the TAMA300 det
ectoron gravitational wave bursts from stellar-core collapses”, Physical Review D71, 082
002 (2005).
2. Hiroyuki Nakano, Yasunari Kurita, Kouji Ogawa, Chul-Moon Yoo, “Quasinormal Ringing
for Acoustic Black Holes at Low Temperature”, Physical Review D71, 084006 (2005).
3. Yoshiki Tsunesada, Nobuyuki Kanda, Hiroyuki Nakano, Daisuke Tatsumi, Masaki Ando,
Misao Sasaki, Hideyuki Tagoshi and Hirotaka Takahashi, “On Detection of Black Hole Q
uasi-Normal Ringdowns: Detection Efficiency and Waveform Parameter Determination in Matched Filtering”, Physical Review D71, 103005 (2005).
4. Chul-Moon Yoo, Ken-ichi Nakao, Daisuke Ida, “Hoop conjecture in five-dimensions; viol
ation of cosmic censorship”, Physical Review D71 104014 (2005)
5. David Kastor, Testuya Shiromizu , Sinya Tomizawa and Jennie Traschen, “Positivity
bounds for the Yano-Arnowitt-Deser-Misner mass density”, Physical Review D71, 104015(2005).
6. Ken-ichi Nakao, Yoshiyuki Morisawa, “Gravitational radiation from cylindrical naked singularity”, Physical Review D71 124007 (2005).
7. Hideki Ishihara, Hiroshi Kozaki, “Classification of Cohomogeneity One Strings”, PhysicalReview D72, 061701 (2005).
8. LIGO Scientific Collaboration, TAMA Collaboration, “Upper limits from the LIGO and T
AMA detectors on the rate of gravitational-wave bursts”, Physical Review D72, 122004(2005).
9. Snya Tomizawa, Yoshiyuki Morisawa, Yukinori Yasui, “Vacuum solutions of five dimens
ional Einstein equation generated by inverse scattering method”, Physical Review D73, 06
4009 (2006).
10. Yasunari Kurita, Ken-ichi Nakao, “Naked singularity resolution in cylindrical collapse”,
Physical Review D73, 064022 (2006).
11. Sinya Tomizawa, Masato Nozawa, “ Vacuum solutions of five-dimensional Einstein equations generated by inverse scattering method II: production of black ring solution”, Yasuna
ri Kurita, Ken-ichi Nakao, “Naked singularity resolution in cylindrical collapse”, PhysicalReview D73, 124034 (2006).
12. Wataru Hikida, Hiroyuki Nakano, Misao Sasaki, “Self-force Regularization in the Schwarz
schild Spacetime”, Classical and Quantum Gravity 22, S753-S782 (2005).
13. Yoshiki Tsunesada, Nobuyuki Kanda, Hiroyuki Nakano, Daisuke Tatsumi, The TAMA collaboration, “Black hole ringdown search in TAMA300: Matched filtering and event selections”, Classical and Quantum Gravity 22, S1129-S1138 (2005).
14. Seiji Kawamura et al., “The Japanese space gravitational wave antenna – DECIGO”, Clas
sical and Quantum Gravity 23, S125-S131 (2006).
15. Sinya Tomizawa and Masaru Siino, “Topological structure of the upper end of future n
ull infinity: topology of the event horizon and gravitational wave tail”, Classical and Qu
antum Gravity 23, 683-700 (2006).
16. Hiroyuki Nakano, Ken-ichi Nakao, Masahide Yamaguchi, “Black Strings in Our World”,

58

Physical Review D71, 124013 (2005).
17. Norichika Sago, Takahiro Tanaka, Wataru Hikida, Hiroyuki Nakano, “Adiabatic radiation
reaction to the orbits in Kerr Spacetime”, Progress of Theoretical Physics 114, p.509(2005).
18. Testuya Shiromizu , Sinya Tomizawa Yuuki Uchida , Shinji Mukouyama, “Kaluza-Klein bubble and celestial sphere in inflationary universe”, General Relativity and Gravitation,
37, 1823, 2005

国際会議会議録
1. Yasunari Kurita, Hideki Ishihara, “Thermodynamics of Kaluza-Klein Black Holes”, 14th J
GRG workshop, 京都大学 pp.302-312.
2. Chul-Moon Yoo, Hideki Ishihara, Ken-ichi Nakao, “The condition on black hole formation in five-dimensional spacetimes”, 14th JGRG workshop, 京都大学 pp.289-292.
3. Hiroshi Kozaki, “Cohomogeneity one cosmic string in maximally symmetric spacetime”, 1
4th JGRG workshop, 京都大学 pp.297-300.
4. Hiroyuki Nakano, “Quasinormal Ringing for acoustic black holes in low tempetrature”, 1
4th JGRG workshop, 京都大学 pp.369-372.
5. Yoshiyuki Morisawa, “Scalar field perturbation on six-dimensional ultra-spinning black holes”, 14th JGRG workshop, 京都大学 pp.438-441.
国際会議発表1. Hiroyuki Nakano, Yasunari Kurita, Kouji Ogawa, Chul-Moon Yoo, Ryuichi Fujita,“Ringdown Waves for Acoustic Black Holes at Low Temperature”, Yukawa International
Seminar 2005 京都大学 2005年6月
2. Yasunari Kurita, Hiroyuki Nakano, Kouji Ogawa, Chul-Moon Yoo, “Toward detection of
analog Hawking radiation at low temperature”, Yukawa International Seminar 2005 京都大学 2005年6月
3. Kouji Ogawa, Hideki Ishihara, Hiroshi Kozaki, Izumi Tanaka, Hiroyuki Nakano, “Gravitational radiation from stationary rotating cosmic strings”, Yukawa International Se
minar 2005 京都大学 2005年6月
4. Chul-Moon Yoo, Ken-ichi Nakao, Hiroshi Kozaki, “Gravitational Lensing of Gravitational
Waves in a Clumpy Universe”, Yukawa International Seminar 2005 京都大学 2005年
6月
5. Hiroshi Kozaki, “Cohomogeneity One Cosmic Strings in Maximally Symmetric Spacetime”, Yukawa International Seminar 2005 京都大学 2005年6月
6. Ken-ichi Nakao, Hiroyuki Nakano, Masahide Yamaguchi, “Black string in our world”, Yukawa International Seminar 2005 京都大学 2005年6月
7. Hiroyuki Nakano, Norichika Sago, Wataru Hikida, Misao Sasaki, “Gravitational Self-force
on a Particle in the Schwarzschild Background”, 8th Capra Meeting on Radiation
Reaction Rutherford Appleton Laboratory 2005年 7月
8. Hiroyuki Nakano, Norichika Sago, Wataru Hikida, Misao Sasaki, “Gravitational self-force
on a particle in the Schwarzschild spacetime”, Post-YKIS2005 (Frontiers of Gravitational
Wave Physics) 京都大学 2005年7月
9. Chul-Moon Yoo, Ken-ichi Nakao, Hiroshi Kozaki, “Gravitational Lensing of Gravitational
Waves in a Clumpy Universe”, Post-YKIS2005 (Frontiers of Gravitational Wave Physics) 京都大学 2005年7月
10. Kouji Ogawa, Hideki Ishihara, Hiroshi Kozaki, Izumi Tanaka, Hiroyuki Nakano, “Gravitat
ional radiation from stationary rotating cosmic strings”, Post-YKIS2005 (Frontiers

59

11.

12.
13.

14.
15.
16.

17.

18.

of Gravitational Wave Physics) 京都大学 2005年7月
Chul-Moon Yoo, Hideki Ishihara, Ken-ichi Nakao, “Research of the nature of dark mattervia the lensing effects to high redshift type Ia supernovae observation”, 15th JGRG wor
kshop, 東京工業大学 2005年11月（紀要：pp.107-110）
Hiroshi Kozaki, “Classification of Cohomogeneity-one membranes”, 15th JGRG workshop,
東京工業大学 2005年11月（紀要：pp.159-162）
Kouji Ogawa, Hideki Ishihara, Hiroshi Kozaki, Izumi Tanaka, Hiroyuki Nakano, “Gravitat
ional radiation from stationary”, 15th JGRG workshop,東京工業大学 2005年11月（紀要：pp.189-192）
Hideki Ishihara, “Inner structure of Kaluza-Klein black holes”, 15th JGRG workshop, 東京工業大学 2005年11月（紀要：pp.221-224）
Ken-ichi Nakao, “Numerical study of naked singularity”, 15th JGRG workshop, 東京工業大学 2005年11月（紀要：pp.241-244）
Hiroyuki Nakano, Norichika Sago, Wataru Hikida, Misao Sasaki, “Gravitational Self-force
for Low Multipole Modes”, 15th JGRG workshop, 東京工業大学 2005年11月（紀要：pp.281-284）
Yasunari Kurita, Hideki Ishihara, “Thermodynamics of Kaluza-Klein black holes”, Worksh
op and discussion meeting on black holes, spacetime singularities and cosmic censorship,
Tata Institute for Fundamental Research, Mumbai, India 2006年3月
Chul-Moon Yoo, Ken-ichi Nakao, Daisuke Ida, “Hoop conjecture in five-dimension: violat
ion of cosmic censorship”, Workshop and discussion meeting on black holes, spacetime s
ingularities and cosmic censorship, Tata Institute for Fundamental Research, Mumbai, In
dia 2006年3月

学会・研究会講演
1. 柳 哲文：「重力波の距離-赤方偏移関係による宇宙の物質分布への制限」スペース重力波アンテナ(DECIGO)ＷＧ第３回ミーティング 国立天文台 2005年5月
2. 中野寛之，佐合紀親，佐々木節，疋田渉，田中貴浩，Sanjay Jhingan：「シュバルツシ
ルト時空中の質点の自己重力の正則化」日本物理学会 2005年秋の分科会 大阪市立大学
杉本キャンパス 2005年9月
3. 栗田泰生，中野寛之，小川浩司，柳哲文：「Black Hole analogy in BEC」日本物理学会
2005年秋の分科会 大阪市立大学杉本キャンパス 2005年9月
4. 古崎広志：「Classification of Cohomogeneity One Domain Wall」日本物理学会 2005
年秋の分科会 大阪市立大学杉本キャンパス 2005年9月
5. 小川浩司，石原秀樹，古崎広志，田中泉，中野寛之：「定常剛体回転する宇宙紐から放出される重力波」日本物理学会 2005年秋の分科会 大阪市立大学杉本キャンパス 2005年9月
6. 柳哲文，古崎広志，中尾憲一，高橋龍一：「重力波の距離− 赤方偏移関係による宇宙の非一様性への制限」日本天文学会2005年秋季年会 札幌コンベンションセンター 2005年10月
7. 栗田泰生，石原秀樹：「5次元Kaluza-Kleinブラックホール解析解の熱力学」日本物理学会 2005年年会 愛媛大学&松山大学 2006年3月
8. 柳哲文，石原秀樹，中尾憲一：「TypeIa型超新星の観測と重力レンズ効果」日本物理学会 2005年年会 愛媛大学&松山大学 2006年3月
9. 森澤理之，井田大輔，石原秀樹：「歪んだホライズンを持つカルツァ・クラインブラッ
クホールと高次元ブラックホールの一意性に関して」日本物理学会 2005年年会 愛媛大
学&松山大学 2006年3月
10. 孝森洋介：「Wormhole dynamics in Friedmann universe」日本物理学会 2005年年会

60愛媛大学&松山大学 2006年3月
11. 小川浩司，石原秀樹，古崎広志，田中泉，中野寛之：「定常剛体回転する宇宙紐から放出される重力波」日本物理学会 2005年年会 愛媛大学&松山大学 2006年3月
12. 中野寛之，佐合紀親，疋田渉，佐々木節：「シュバルツシルト時空中の質点の重力的自己力の正則化」理論物理学・竹原研究会 ホテル大広苑 2005年 8月
13. 柳哲文，古崎広志，中尾憲一，高橋龍一：「Gravitational Lensing of Gravitational
Waves in a Clumpy Universe」理論物理学・竹原研究会 ホテル大広苑 2005年 8月
14. 中尾憲一，森澤理之，栗田泰生：「裸の特異点形成過程における重力波放出：円筒対称
ダストの重力崩壊」理論物理学・竹原研究会 ホテル大広苑 2005年 8月
15. 小川浩司，石原秀樹，古崎広志，田中泉，中野寛之：「定常剛体回転する宇宙紐から放出される重力波」理論物理学・竹原研究会 ホテル大広苑 2005年 8月
16. 柳哲文，中野寛之，石原秀樹，古崎広志，小川浩司：「らせん状宇宙ひもの重力レンズ」
特異点研究会（特定領域研究２「調弦理論の宇宙論による検証」）日本大学 2006年1月
17. 栗田泰生，石原秀樹：「Kaluza-Klein ブラックホールの熱力学」特異点研究会（特定領域研究２「超弦理論の宇宙論による検証」）日本大学 2006年1月
18. 森澤理之，井田大輔，石原秀樹：「On Uniqueness of Kaluza-Klein BH with SquashedHorizon」特異点研究会（特定領域研究２「超弦理論の宇宙論による検証」）日本大学
2006年1月

その他
1. 石原秀樹：出張授業「ブラックホールの物理学」高石高校 2005年7月19日
2. 石原秀樹：出張授業「ブラックホールの物理学」大阪市立高等学校2005年9月2日
3. 石原秀樹：出張授業「ブラックホールの物理学」京都教育大学附属高校2005年12月16日
4. 石原秀樹：出張授業「ブラックホールの物理学」和歌山桐蔭高等学校2005年12月16日
5. 中尾憲一：出張授業「ブラックホールの物理学」三重県立上野高校 2005年7月5日
6. 中尾憲一：出張授業「ブラックホールの物理学」大阪産業大学付属高校 2005年8月1日
7. 中尾憲一：出張授業「ブラックホールの物理学」大阪府立岸和田高校 2005年8月22日
8. 中尾憲一：出張授業「ブラックホールの物理学」兵庫県立星稜高校 2005年11月22日
9. 中尾憲一：出張授業「ブラックホールの物理学」大阪府立大手前高校 2005年12月9日
10. 中尾憲一：アインシュタインイヤー in 大阪 市民講座「相対論はいかに生まれいかに発展したか」学術情報センター 2005年9月25日
11. 三浦輝夫：「情報処理教育用電子テキストデータベース」
ocunes(Osaka City Univ. Network System), 1990-2005

学位論文
修士論文
1. 甲斐智博：「宇宙膨張に対する非一様性の影響」
2. 小村信幸：「Bump-on-tail不安定性が到達する準定常状態の数値シミュレーション」
3. 塩井晋一：「Bernstein-Landauのパラドックスについて」
博士論文
古崎広志：「Classification of cohomogeneity-one objects」

研究助成金取得状況
1.
2.

石原秀樹：学術振興会・基盤研究(C)(2)（代表）「ブレイン宇宙の幾何学的構造」
石原秀樹：学術振興会・基盤研究(B)(2)（分担）「超弦理論の宇宙論による検証」

61

中尾憲一：学術振興会・基盤研究(C)(2)（代表）「高次元重力理論における位相欠陥の重力崩壊とその安定性に関する理論的研究」
4. 中尾憲一：学術振興会・基盤研究(C)(2)（分担）「ブレイン宇宙の幾何学的構造」
5. 中尾憲一：学術振興会・基盤研究(B)(1)（分担）「高次元時空理論の実験的・観測的検証可能性の研究」

3.

海外出張および海外研修
1. 中尾憲一：インド・タタ基礎研究所，2005年4月，研究会開催の打ち合わせと研究交流
2. 中野寛之：英国・Rutherford Appleton Laboratory，2005年 7月8th Capra Meeting on
Radiation Reactionに参加，発表及び研究打ち合わせのため．
3. 石原秀樹：インド・タタ基礎研究所，2006年3月，Workshop and discussion meeting on
black holes, spacetime singularities and cosmic censorshipに参加，発表及び研究
打ち合わせのため
4. 中尾憲一：インド・タタ基礎研究所，2006年3月，Workshop and discussion meeting on
black holes, spacetime singularities and cosmic censorshipに参加，発表及び研究
打ち合わせのため
5. 森澤理之：インド・タタ基礎研究所，2006年3月，Workshop and discussion meeting on
black holes, spacetime singularities and cosmic censorshipに参加及び研究打ち合
わせのため
6. 栗田泰生：インド・タタ基礎研究所，2006年3月，Workshop and discussion meeting on
black holes, spacetime singularities and cosmic censorshipに参加，発表及び研究
打ち合わせのため
7. 柳 哲文：インド・タタ基礎研究所，2006年3月，Workshop and discussion meeting on
black holes, spacetime singularities and cosmic censorshipに参加，発表及び研究
打ち合わせのため

その他
無し

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原子核理論研究室
櫻木 弘之（教授)有馬 正樹（助教授）
鎌野 寛之
(D3)

古本 猛憲(M2)坂戸 裕昭(M2)村上永里子(M2)平尾 大輔(M1)山本 孝子(M1)

研究概要
1. πＮ→ππＮ反応に対する核子共鳴の寄与について（鎌野、有馬）
さまざまなハドロン反応の系統的な理解のために考慮に入れるべき項目の一つにカイラル対称性がある。本研究で利用するマスターフォーミュラは、散乱振幅に対する通常の簡約公式にカイラル対称性の要請を正しくとりいれたものであり、π中間子が関わる反応についてのWard恒等式を与えてくれる。我々はこの公式を用いてRoper共鳴と呼ばれる核子共鳴が関わるエネルギー領域でのπ中間子生成反応を解析し、最近Brookheavenで得られた実験データとの比較をした。その結果、我々の理論計算は実験データとよい一致を示すことがわかった。またデータに見られるピークなどの構造を解釈するにあたり、共鳴状態の寄与だけを考えるのでは不十分で、さまざまな反応機構が関わっていることを示した。
2. スキルム模型における古典解の安定性について（坂戸、有馬）
スキルム模型における古典解として一般的に用いられるのがヘッジホッグ解である。
スピン・アイソスピン射影を行わない限りにおいては、この解は古典的な厳密解である
ことがしめされる。しかし射影を行うことにより、その保障はなくなる。本研究では、
ヘッジホッグ解に射影を行うことで補正されるハミルトニアンが、ヘッジホッグ解のまわりに安定であるか否かを調べたものである。そのために具体的にベクトル球面調和関数による展開を用いて、変形度の少ない摂動に対する安定性を調べた。その結果、スピン・アイソスピン射影を行うことでヘッジホッグ解は古典的な安定解にはならないことを具体的に示すことができた。
3.

JLM複素G行列相互作用を用いた原子核間相互作用の研究（古本、櫻木）
原子核間相互作用を核子間の有効相互作用に基づいて微視的観点から構築する模型の一つにDouble-Folding model (DFM) がある。従来は有効核力としては実部のみを持つM3Y
相互作用あるいはそれに核子密度依存性を持たせたDDM3Y相互作用が広く用いられ、原子核間相互作用の実部の理解においては一定の成功を収めている。一方、原子核間相互作用の虚部についての微視的理論はまだ確立されていない。この研究では、複素有効核力の一種であるG行列相互作用、具体的には「JLM相互作用」とよばれる複素G行列相互作用を用いて、虚部も含む原子核間の複素相互作用を微視的に研究し、これを具体的に4Heと種々の原子核との弾性散乱の分析に適用してその有効性と問題点を明らかにした。

4.

CEG相互作用を用いた陽子光学ポテンシャルの研究（村上、古本、櫻木）
核子−核弾性散乱を記述する光学ポテンシャルをCEG相互作用と呼ばれる複素G行列
有効核力に基づいて研究した。この相互作用は原子核中での核力に対する核媒質効果を、核物質中で評価したG行列有効核力を「局所密度近似」を用いて有限核へ適用するもので、20年程前に宮崎大学のグループにより開発された有効核力であるが、これまで一部の安63

定核との散乱にのみ適用されただけで、広く使われてこなかった。今回の研究ではこの
CEG相互作用を用いて、最近注目を集めている中性子過剰核と核子との散乱への適用を念頭に、まず安定核についての有効性の検証と不安定核への適用の可能性を検討した。
5.

原子核励起状態のサイズと非弾性散乱角分布の振動について（高階、櫻木）
近年、原子核の弾性散乱や非弾性散乱の角度分布や振動のパターンの分析を通して原
子核間ポテンシャルの深さや形状を精密に分析する研究が注目を集めている。特に、クラスター状態への励起のような構造転移を伴う原子核励起の対応する非弾性散乱の角分
布と、励起状態の波動関数の広がりの関連が話題となっている。この研究では、代表的なクラスター構造を持つ励起状態である12Cのsecond-0+状態(7.6 MeV)への4He非弾性散乱の角度分布がこの12Cのsecond-0+状態の波動関数の広がりや励起を引き起こす結合ポテ
ンシャルの形状とどう関連するかを詳細に分析した。その結果、非弾性散乱の角度分布の振動パターンは励起状態のポテンシャルの広がりではなく、主に結合ポテンシャルの広がりを反映していることを明らかにし、従来の解釈の誤りを指摘した。

教育・研究業績
著書なし
学術論文
1. M. Takashina, Y. Kanada-En’yo, and Y. Sakuragi : “16C inelastic scattering studied with themicroscopic coupled-channels method”, Phys. Rev. C71 , 0546020 (2005)
2. H. Kamano and M. Arima: “TheπN→ππN reaction around N*(1440)”, Phys. Rev. C73,055203 (2006).
3. T. Furumoto, and Y. Sakuragi: “Application of JLM folding model to alpha-nucleus elastic
scattering”, submitted to Phys. Rev. C
国際会議会議録
1. M. Takashina, Y. Sakuragi, Y. Iseri, “Effect of halo structure on 11Be+12C elastic scattering”, Eur.
Phys. J. A25, Suppl.1, 273 (2005).
国際会議講演
1. H. Kamano and M. Arima ： ”Chiral symmetry and N*(1440) → N π π decay”, Japan-US
Workshop on Electromagnetic meson Production and Chiral Dynamics, Apr. 8-9, 2005, Osaka
University, Japan2. H. Kamano and M. Arima：“The πN→ππN reaction around N(1440) energy”, RCNP-JAEA
Workshop on Nuclear Photon Science “Hadron-nuclear physics probed by photon”, Feb. 16-18,
2006, JAEA, Kizu, Kyoto.
3. Y. Sakuragi, T. Furumoto, E. Murakami; “Microscopic optical potential for nucleons andcomposite projectiles based on complex G-matrix interaction”, RIKEN International Workshop
on “Nuclear Physics with RIBF”, Mar. 13-17, 2006, RIKEN, Saitama.
学会・研究会講演
1. M. Takashina, Y. Kanada-En’yo, and Y. Sakuragi: “16C inelastic scattering studied with themicroscopic coupled-channels method”, Second Joint Meeting of the Nuclear Physics Division of
APS and JPS, 2005年9月, Hawaii (日米合同物理学科（原子核物理分野）ハワイ大会)

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2. 古本 猛憲、櫻木 弘之,“複素G行列によるα-原子核および陽子-原子核散乱の研究”, (理研RIBF核反応理論研究会 − 不安定原子核-原子核／核子間相互作用の理論的分析へ向けて−),
理化学研究所(RIKEN)、2006年2月
3. 櫻木 弘之, 古本 猛憲、村上 永里子, “Proton-nucleus optical potential with complex G-matrix“JLM” and “CEG”, (理研RIBF核反応理論研究会 − 不安定原子核-原子核／核子間相互作用の理論的分析へ向けて−), 理化学研究所(RIKEN)、2006年2月

その他
1. 櫻木 弘之：物理出張授業「大学の物理学科では何を学ぶのか」（京都府立東舞鶴高等学校、2005年6月24日）

学位論文
修士論文
1. 坂戸 裕昭：「スキルム模型とその古典解の配位」
2. 古本 猛憲：「複素Ｇ行列有効核力を用いた原子核間相互作用の研究」
3. 村上永里子：「複素核子核子間相互作用に基づく光学ポテンシャル」
博士論文
1. 鎌野寛之：“Study of baryon resonances in πN→ππN reaction”

研究助成金取得状況
1.

鎌野寛之：日本学術振興会科学研究費補助金（学振特別研究員DC）

海外出張および海外研修なし

その他（兼職等）
1.
2.
3.
4.
5.

櫻木 弘之：理化学研究所・客員主管研究員（本林重イオン核物理研究室）
櫻木 弘之：大阪大学核物理研究センター・将来計画委員会委員
櫻木 弘之：大阪大学大学教育実践センター・非常勤講師
櫻木 弘之：神戸大学理学部・非常勤講師
有馬 正樹：大阪府立大学・非常勤講師

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